水溶性バインダーを含む水溶液から得られた薄膜により被覆された電極、その製造方法及び使用
【課題】経済的にも環境問題についても優れた電極の製造方法を提供する。
【解決手段】少なくとも１種の活性材料、少なくとも１種のバインダー及び少なくとも１種の水溶性増粘剤を含む水溶液を電極支持体上に塗布して乾燥させることにより得られた、少なくとも部分的に薄膜で被覆された電極を製造するための方法である。そのようにして得られる電極の製造コストは低く、有機溶媒を使用する場合に関係する環境問題を克服できる。また、得られた電極は安定であり、電気化学系として高度に機能する。
【解決手段】少なくとも１種の活性材料、少なくとも１種のバインダー及び少なくとも１種の水溶性増粘剤を含む水溶液を電極支持体上に塗布して乾燥させることにより得られた、少なくとも部分的に薄膜で被覆された電極を製造するための方法である。そのようにして得られる電極の製造コストは低く、有機溶媒を使用する場合に関係する環境問題を克服できる。また、得られた電極は安定であり、電気化学系として高度に機能する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
発明の分野
本発明は、電気化学電極を製造するための新規な方法及びその方法により得られた電極に関する。本方法は、水溶性バインダー及び活性材料を含有する水溶液を電極上に塗布し乾燥させることにより得られた薄膜により、完全に又は部分的に被覆された電極の製造を可能にする。
【０００２】
本発明の第二の側面は、本発明にしたがった電極を製造するための少なくとも１つの工程を包含する、電気化学系を製造するための方法と、そのようにして得られる電気化学系とに関する。
【０００３】
本発明の第二の側面は、電極の一部分又は全体を被覆する薄膜を調製するための水溶液中のバインダーとしての、水溶性ポリマーの使用に関する。
また、本発明は、すべて液体、ゲル又は固体である、Ｌｉイオン天然黒鉛／電解質／ＬｉＦｅＰＯ４電池を製造するための新規な方法も提供する。
【背景技術】
【０００４】
従来技術
米国特許ＵＳ−Ａ−６，６８０，８８２には、セパレータ中及び活性材料の粉末を含有する少なくとも１つの合成電極中に配置された、非プロトン性電解質組成物が記載されている。使用される電解質は、ポリマーからなる第一のポリマーマトリックス及び少なくとも１つの第二のポリマーマトリックス、並びに少なくとも１つのアルカリ塩及び極性非プロトン性溶媒を含んでいる。この方法には、環境に関して毒性と分類される溶媒中に希釈されたＰＶＤＦタイプのバインダーの使用に関係する不都合がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
米国特許出願第６，６８０，８８２号明細書
【発明の概要】
【０００６】
発明の要旨
本発明は、少なくとも１つの活性材料、少なくとも１つの水溶性バインダー及び少なくとも１つの水溶性増粘剤を含む水溶液を、電極支持体上に塗布し乾燥させることにより得られた薄膜により少なくとも部分的に被覆された電極を製造するための方法に関する。その経済的な利点のほかに、本方法は、有機溶媒を使用する場合に関係する環境問題を克服する。このようにして得られる電極は、安定であり高度に機能する電気化学系の製造において機能し、そして有利に使用することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】図１は、押出しによりリチウムイオン電池を製造するための本発明の一態様にしたがった方法の概略図である。
【図２】図２は、本発明にしたがったリチウムイオン電池の要素の楕円形断面を示す。
【図３】図３は、ポリマーセルのための二重セル構造の概略図である。
【図４】図４は、非ポリマー電池のためのＨＦ保護層のない金属プラスチック包装の概略図である。
【図５】図５は、水溶性バインダーにより製造した黒鉛／セルガード（ＥＣ−ＤＭＣ−ＬｉＢＦ４）アノードの充電−放電曲線を示す。
【図６】図６は、水溶性バインダーにより製造したＬｉＦｅＰＯ４／セルガード（ＥＣ−ＤＭＣ−ＬｉＢＦ４）Ｌｉカソードの充電−放電曲線を示す。
【発明の詳細な説明】
【０００８】
発明の具体的な説明
本発明の枠組みの範囲内では、バインダーという用語は、その機能が、伝導に好都合な化学的又は電気化学的ネットワークを提供するために、活性粒子を互いに連結させることである任意の化学的化合物を意味する。
【０００９】
本発明の枠組みの範囲内では、増粘剤という用語は、関係する溶液中に存在する疎水性粒子の粘度及び湿潤性を増加させることができる任意の化学的化合物を意味する。
本発明の第一の目的は、少なくとも１種の活性材料（すなわち、化学的に及び／又は電気化学的に活性である）、少なくとも１種の水溶性バインダー及び少なくとも１種の水溶性増粘剤を含む水溶液を電極支持体上に塗布して乾燥させることにより得られた薄膜により、少なくとも部分的に被覆された電極を製造するための方法からなる。
【００１０】
塗布は、都合のよいことには、例えば、Coating Technology Handbook by Satas Armek 1991, partII, CoatingandProcessing Technics １０３〜３２１ページに記載される従来の手法により実施する。電極上に塗布された薄膜の乾燥は、都合のよいことには、１〜２時間、好ましくは８０〜１３０℃の温度で実施する。
【００１１】
使用する活性材料は、都合のよいことには、
金属酸化物；
セラミック；
炭素、天然グラファイト及び合成グラファイト；
金属；
半導体材料；及び
これらのうち少なくとも２種の混合物
からなる群から選択される。
【００１２】
別の都合のよい態様にしたがえば、金属酸化物は、ＬｉＭｎ２Ｏ４、ＬｉＣｏＯ２及びＬｉＮｉＯ２からなる群から選択される。都合のよい態様としては、炭素は、高表面積炭素、黒鉛、炭素繊維、及びコークスの群から選択してもよい。都合よく保持される金属は、Ａｇ、Ｓｎ及びＣｕからなる群から選択される。半導体材料の中では、ケイ素が特に興味深い結果をもたらす。
【００１３】
使用される化学的に及び／又は電気化学的に活性のある材料は、一般に、粉末の形態であり、その平均寸法は１０ナノメートル〜１０ミリメートルで、都合のよいことにＤ５０−Ｄ１０＝３０のギャップ及びＤ９０−Ｄ５０＝３０のギャップに相当する、比較的低い粒分散度を有する。
【００１４】
好ましい様式にしたがえば、例えば、自動車用バッテリー用の電極を製造するため、保持される粉末は、２００ナノメートル〜２５マイクロメートルの粒分散度を有する。
保持されるバインダー及び増粘剤の少なくとも２０％は、一般的には、室温で、２００グラムの水中２０グラムの割合で導入した場合に、水溶性である。好ましくは、少なくとも５０％、更により都合のよいことには、少なくとも９０％は溶解性である。
【００１５】
水溶性増粘剤は、天然セルロース、物理的に及び／又は化学的に修飾したセルロース、天然多糖、物理的に及び／又は化学的に修飾した多糖からなる群から選択してもよく、２７，０００〜２５０，０００の分子量を有する。
【００１６】
増粘剤は、都合のよいことには、カルボキシメチルセルロース、ヒドロキシメチルセルロース及びメチルエチルヒドロキシセルロースからなる群から選択する。
好ましい様式にしたがえば、増粘剤は、例えば、ＥＰ、７Ａ、ＷＳＣ、ＢＳ−Ｈ及び３Ｈの商品名で、日本の第一工業製薬（Daiichi Kogyo Seiyaku Co.）により販売されるセロゲン（Cellogen）（登録商標）タイプのカルボキシメチルセルロースからなる群から選択する。
【００１７】
溶解性バインダーは、都合のよいことには、天然及び／又は合成ゴムからなる群から選択する。
バインダーは、非フッ素化タイプ又は低フッ素化タイプのものである。実際に、例として、水中に溶解しないＬｉＦは、本発明の事情においては使用することができない。
【００１８】
ゴムの中では、合成タイプのゴム、より特定的にはＳＢＲ（スチレンブタジエンゴム）、ＮＢＲ（ブタジエン−アクリロニトリルゴム）、ＨＮＢＲ（水素化ＮＢＲ）、ＣＨＲ（エピクロルヒドリン）及びＡＣＭ（アクリレートゴム）からなる群から選択されるゴムが特に都合がよい。
【００１９】
使用される溶解性ゴム、例えばＳＢＲファミリーのゴムは、好ましくは、ペーストの形態である。
例として、商品名（ＢＭ−４００Ｂ）で日本ゼオンにより販売される電池用グレードのＳＢＲ又は等価物、及び、略称ＥＰ及び／又は３Ｈとして既知のセロゲン（登録商標）の増粘剤を挙げることができる。
【００２０】
通常は、増粘剤／バインダーの比率は、１０〜７０％であり、好ましくは３０〜５０％である。
水溶液中において、バインダー含量は、都合のよいことには、１〜７０％、増粘剤の含量は１〜１０％である。
【００２１】
アノード支持体上に塗布するために適切に使用される水溶液は、以下のように配合することができる（パーセントは重量で与える）：
少なくとも６４％の黒鉛；及び
少なくとも３％の水溶性バインダー、
０．１〜２％の増粘剤；及び
多くとも２７％の水。
【００２２】
カソード支持体に関して適合された水溶液は、以下のように配合することができ、塗布するために使用される水溶液は重量基準で：
少なくとも６４％のＬｉＦｅＰＯ４；及び
少なくとも３％の水溶性バインダー、
０．１〜２％の増粘剤；及び
多くとも２７％の水
を含有する。
【００２３】
本方法を実行する場合、好ましくは、塗布工程を実施するために使用される溶液中存在する水の薄くなくとも９５％を除去することにより、電極を乾燥させる。
電極の表面を水溶液で被覆した後、当業者に既知である種々の手法を用いて、電極の表面上に存在する極微量のＨ２Ｏを除去することができる。
【００２４】
これらの極微量の水は、８０〜１３０℃の都合のよい温度で１〜１２時間、ＥＸＴ法、ＤＢＨ法及び／又はＤＢ法、あるいは赤外線の熱的手段により除去する。
薄膜は、都合のよいことには、その残留水分含量が２０００ｐｐｍ、好ましくは５０ｐｐｍより低くなるまで乾燥する。
【００２５】
この方法は、都合のよいことには、塩処理されていないタイプの電極、すなわち活性材料、炭素、及び増粘剤及び／又はバインダーから作られた本発明の電極に適用される。
本方法は、通常、室温及び常圧で実施する。不活性雰囲気を使用してもよく、並びに乾燥工程の間は部分的に真空を使用してもよい。有機溶媒を使用しないことから、押出し法は、特に重要である。実際に、爆発危険性などの溶媒使用に固有の危険が除外され、例えば、２０％ほど高い押出し速度での、よりエネルギーの高い条件下での押出しによる態様にしたがって作業を実施することができる。
【００２６】
本発明にしたがった負極の製造のためには、使用する電気化学的に活性のある材料は、黒鉛、Ｓｎ合金、Ｓｉ合金、Ｌｉ４Ｔｉ５Ｏ１２、ＷＯ２タイプの粉末及びこれらの粉末のうち少なくとも２種から得られた混合物からなる群から選択してもよい。プリズム状の形態をした黒鉛粒子により被覆された楕円形の黒鉛核を有する粒子からなるものを挙げることができる。楕円形黒鉛のプリズム状黒鉛による被覆は、機械溶融及び／又はハイブリダイゼーションにより得ることができる。
【００２７】
正極を製造するのが望ましい場合は、電気化学的に活性のある材料は、好ましくは、黒鉛及び炭素により被覆された、ＬｉＣｏＯ２、ＬｉＮｉＯ２、Ｌｉ２Ｍｎ２Ｏ４、ＬｉＮｉ０．５Ｍｎ０．５Ｏ２、ＬｉＦｅＰＯ４粉末、及びこれらのうち少なくとも２種の混合物から選択する。
【００２８】
例えば、黒鉛及び／又は炭素により被覆されたＬｉＦｅＰＯ４タイプの電極を得ることができる。ＬｉＦｅＰＯ４を黒鉛及び／又は炭素により被覆することは、通常、機械溶融及び／又はハイブリダイゼーションにより実施する。
【００２９】
被覆中に存在する炭素の比表面積は広く変動してもよい；ＢＥＴにより測定した比表面積は、殆どの場合において、５０ｍ２／ｇより高いか又は等しいと確認された。
また、この方法は、ポリマータイプ、好ましくは水溶性ＳＢＲタイプの薄膜により少なくとも部分的に被覆された電気化学的セパレータを製造することを可能とする。
【００３０】
電気化学的セパレータを製造するためのそのような方法は、使用される水性ポリマー溶液が活性材料も炭素も含有していないか、又はごく少量含有していること以外は、これまでに定義した電極を製造する方法にしたがっている。実際に、セパレータは、アノードとカソードの間のイオン輸送のために使用され、電気的に伝導性ではない。
【００３１】
本発明の第二の目的は、活性材料を含有する薄膜による少なくとも一部分が被覆されている支持体で作られた電極からなる。この電極は、これまでに定義した第一の目的にしたがった方法のうちの一つを実施することにより得られる。これらの電極は、バインダーが、塗布薄膜を構成するために使用される水溶液を乾燥した後に、支持体から引き離されていることを特徴とする。
【００３２】
カソードの場合は、電極支持体は、都合のよいことには、少なくとも部分的に、ステンレス、アルミニウム、銅、炭素、金属−プラスチック、又はこれらの材料のうち少なくとも２種の混合物を含む。
【００３３】
アノードの場合は、電極支持体は、都合のよいことには、少なくとも部分的に、銅、金属−プラスチック、又はこれらの混合物を含む。
本発明の電極は、都合のよいことには、以下の性質：
５０％より高い水分含量の存在下、２０℃より高い温度で、好ましくは１年より長い貯蔵安定性；
電極が黒鉛を基材とする場合、１０〜１００μｍ、更により好ましくは２０〜４５μｍの膜厚、最も有利な様式にしたがえば薄膜は約４５μｍの厚さを有する；
電極が鉄及び／又はフォスフェートに基づく場合、２０〜２００μｍ、更により好ましくは２０〜１１０μｍの膜厚、最も有利な様式は、薄膜が約９０μｍの厚さを有する様式である；
同じ活性材料によるが、有機溶媒溶液を用いることにより得られた、対応する電極に匹敵する電気化学的性能；
ゴムの粒子が電極支持体に直接付着していることを特徴とする電極薄膜；及び
厚さ測定方法により測定して、１０〜９０％、好ましくは３０〜４０％である、一又はそれより多い電極を被覆する薄膜の多孔度
のうち少なくとも１つを有する。
【００３４】
第三の目的は、少なくとも１つのアノード、少なくとも１つのカソード及び少なくとも１つのセパレータを含む構成要素を組み合わせることにより、電気化学系を製造するための方法であって、少なくとも１つのアノード及び／又は少なくとも１つのカソードが、本発明の第一の目的にしたがった方法又は本発明の第二の目的に定義される方法により得られた前記方法からなる。
【００３５】
この方法は、都合のよいことには、セパレータが多孔性である電池を製造するために使用する。セパレータは、例えば、ポリプロピレン又はポリエチレンタイプのもの、あるいは、（ＰＰ，ＰＥ）混合物タイプのものであり、押出しにより得られたもの及び／又はゲルタイプのものである。
【００３６】
セパレータは、好ましくは、次のタイプ：
ポリエステル
化学式（ＣＨ２−ＣＦ２）ｎ（式中、ｎは好ましくは１０００〜４０００であり、好ましくは、ｎは１５０に近い）のポリ（ビニリデンフルオライド）、好ましくは、１０，０００〜１，０００，０００の平均分子量を有するものであり、更に好ましくは、１００，０００〜２５０，０００の平均分子量を有するものである；
式［（ＣＨ２−ＣＦ２）ｘ（ＣＦ２−ＣＦ（ＣＦ３））１−ｘ］ｎ（式中、ｎは１０００〜４０００であり、好ましくは、ｎは２０００〜３０００であり、更により好ましくは、ｎは１５０に近く、ｘは好ましくは０．１２〜０．５である）のポリ（ビニリデン フルオロ−コ−ヘキサフルオロプロペン）コポリマー、好ましくは、１０，０００〜１，０００，０００の平均分子量を有するものであり、更に好ましくは、１００，０００〜２５０，０００の平均分子量を有するものである；
化学式（ＣＦ２−ＣＦ２）ｎ（式中、ｎは５〜２０，０００であり、好ましくは、ｎは５０〜１０，０００である）のポリ（テトラフルオロエチレン）、好ましくは、５００〜５，０００，０００の平均分子量を有するものであり、更に好ましくは、５０００〜１，０００，０００、好ましくは、約２００，０００の平均分子量を有するものである；
ポリ（エチレン−コ−プロピレン−コ−５−メチレン−２−ノルボルネン）又はＥＰＤＭとも呼ばれるエチレンプロピレン−ジエンコポリマー、好ましくは、１０，０００〜２５０，０００の平均分子量を有するものであり、好ましくは、２０，０００〜１００，０００の平均分子量を有するものである；及び
式［（ＣＨ２−Ｃ（ＣＨ３）／（ＣＯ２ＣＨ３）］ｎ（式中、ｎは好ましくは１００〜１０，０００であり、更に好ましくは、ｎは５００〜５０００である）ＰＭＭＡとも呼ばれるポリ（メチルメタクリレート）、好ましくは、１０，０００〜１，０００，０００の平均分子量を有するものであり、好ましくは、５０，０００〜５００，０００の平均分子量を有するものである；及び
これらのうち少なくとも２種の混合物
のポリマー材料から得られる。
【００３７】
このタイプのセパレータの製造は、都合のよいことには、Coating Technology Handbook by Satas Armek 1991, part II, １０３〜３２１ページ, Coating and Processing Techniquesに記載された手法を利用することにより実施する。
【００３８】
既知のセパレータの例として、ＰＥＯ−ＰＰＯポリエーテルコポリマータイプのもの、例えばＵＳ−Ａ−６，１９０，８０４に定義される３分枝ポリエーテルタイプのもの、又はＵＳ−Ａ−６，２８０，８８２に定義される４分枝ポリマータイプのものを挙げることができる。これら２つの特許の内容、特にそれぞれカラム１及び２は、参照により本明細書中に援用する。
【００３９】
ディー・ケー・エスジャパン（ＤＫＳ Ｊａｐａｎ）により製造され、商標エレクセル（ＥＬＥＸＣＥＬ）（登録商標）ＥＲＭ１で販売される４分枝ポリエーテルから得られたセパレータを用いることにより、特に興味深い結果が得られている。
【００４０】
本発明の第四の目的は、本発明の第三の目的にしたがった方法により得ることができる電気化学系、並びに本発明の第一の目的にしたがった方法を実施することにより得られる少なくとも１つの電極を含む電気化学系からなる。
【００４１】
この性質の系において、独自性の一つは、ポリマー溶液が電極支持体の表面で乾燥されているという事実、及び、例えばＳＢＲの水溶液の場合の結果は電極支持体の表面でＳＢＲを結合するという事実にある。
【００４２】
この性質の系において、セパレータは、ゲル、固体又は液体電解質タイプであってもよく、都合のよいことにはゲルタイプである。
都合のよい態様にしたがえば、電解質には、少なくとも１種の塩と少なくとも１種の溶媒が含まれる。
【００４３】
次いで、電解質中の塩のモル濃度は、好ましくは、１より低いか又は等しく、溶媒のモル濃度は、都合のよいことには、１より高いか又は等しい。
使用される塩は、好ましくは、ＬｉＰＦ６、ＬｉＢＦ４、ＬｉＢＯＢ、ＬｉＴＦＳＩ若しくはＬｉＦＳＩタイプ、又はこれらの混合物（ＬｉＢＯＢ及びＬｉＦＳＩの混合物など）であるイミドファミリーの塩である。
【００４４】
使用される溶媒としては、好ましくは、１００℃より高い沸点を有する。そのような溶媒には、γＢＬタイプ、ＴＥＳＡタイプ、若しくは修飾ＴＥＳＡタイプ、又はこれらの溶媒のうち少なくとも２種の混合物を挙げることができる。
【００４５】
ＥＣ（エチレンカーボネート）溶媒及びＰＣ（プロピレンカーボネート）溶媒は、通常、炭素を基材とする電極の場合に、不動態化膜を形成するために使用し、ＰＣ溶媒は、低温用途を達成するために使用する。
【００４６】
そのような系においては、すべてのゲル電池用の電解質は、都合のよいことには、ａ）ポリマー＋ｂ）液体電解質の化合物の前駆体から得られる。
ａ）の含量は、１〜９９％であることができ、好ましくはこの含量は５〜２５％であり；そして、ｂ）の含量は、１〜９９％であることができ、好ましくはこの含量は７５〜９５％である。ａ及びｂの含量は（ａ）＋（ｂ）＝１００％の関係を満たし、％は重量基準で与えられる。
【００４７】
別の有利な態様にしたがえば、熱開始剤を、全重量ａ）＋ｂ）に比例した量、すなわち、好ましくは１００〜５０００ｐｐｍの量、更により好ましくは５００〜１０００ｐｐｍの量で添加する。
【００４８】
ポリマーの組成は、好ましくは低く、すなわち、４分枝ポリマー、好ましくはエレセル（ＥＬＥＣＥＬ）（登録商標）タイプが約５％で、組成（１．５ＬｉＴＦＳＩ＋ＥＣ＋ＰＣ＋ＴＥＳＡ＋γＢＬ（１：１：１：１））の電解質が約９５％である。
【００４９】
リチウム塩濃度は、都合のよいことには、ゲルの場合１Ｍ（１モル濃度）より高いか又は等しく、リチウム塩濃度は、液体電解質中１Ｍ（１モル濃度）より低いか又は等しい。
これらの電気化学系のなかでは、都合のよいことには、少なくとも１つのアノード、少なくとも１つのカソード及び少なくとも１つのセパレータを含む系であって、系の構成要素のうち少なくとも２つ、好ましくは少なくとも３つは、本発明の第四の目的にしたがった方法のいずれか１つを実施することにより製造されたものを挙げることができる。
【００５０】
同様に、構成要素が実質的に有機溶媒を使用することなく製造された電気化学系は、特に興味深く、有機溶媒無しで得られたものは好ましい。
本発明の第五の目的は、水溶性ポリマー、好ましくはスチレンブタジエンゴムタイプ、更により好ましくは日本ゼオンのバインダーバッテリーグレード（ＢＭ−４００Ｂ）として販売されているＳＢＲの、電極支持体の一部又は全部を被覆するための薄膜を調製するための水溶液中におけるバインダーとしての使用に関する。
【００５１】
この使用は、例えば、商業的な電池において見られるＬｉＰＦ６の代わりにイミド塩を使用するという事実により、ＨＦが形成されることなく使用するという利点を有する。
薄膜の調製は、電極を電池内に配置して電池を密封した後に、例えば熱放射により、電極を被覆するポリマー溶液を架橋することにより実施する。
【００５２】
ポリマー溶液は、通常、重合温度が４０〜８０℃であり、ポリマー溶液の架橋を赤外線により実施するように選択する。
ポリマーの架橋時間は、都合のよいことには、５分間〜２時間である。
【００５３】
例として、重合は、約８０℃で約１０分間実施する。
本発明の使用は、多層金属プラスチックタイプの電池などの可撓性タイプの電池の製造のために特に適合される。
【００５４】
この使用により、例えば、もはやＨＦに対する保護層を有する必要がなく、また、有機溶媒に関するコストが削除されるという事実により、製造コストを低減することが可能となる。
【００５５】
別の特に興味深い適用は、スーパーコンデンサーの製造、好ましくはハイブリッドタイプのスーパーコンデンサーの製造、並びにエクスパンデッドメタルＥＸＭＥＴ（登録商標）タイプのアルミニウムタイプの支持体からのカソードの製造である。
【００５６】
別の興味深い変体は、平均電圧が１．６ボルトより低いか又は等しい場合に、アノードを製造するための、銅タイプ、好ましくはＥＸＭＥＴのアノード支持体の使用であり、平均電圧が１．６ボルトより高い場合に、カソード支持体はアルミニウムでつくられる。
【００５７】
本発明の好ましい態様の説明
一般的には、本発明の方法を実施する間に、ＥＸＭＥＴ上への押出し又は垂直塗布（vertical spreading）などのいわゆる高速手法を使用してもよいが、押出しが推奨される方法である。
【００５８】
フッ素を含まないバインダーを水中に溶解し、それにより、押出しの処理が促進され、処理速度が増加する。
アノード中及びカソード中の黒鉛の存在は、滑剤として作用し、例えば押出しを利用する場合に、電極の厚さを均一にし、多孔度を制御することによりその抵抗を低下させることが可能となる。
【００５９】
使用される溶媒は、アノードを扱うか又はカソードを扱うかに関わらず、水であり、それにより、方法が安全で、環境的に無害で、費用がかからなくなる。イミドタイプの塩の使用（ＨＦを形成しない）により、良好な電解質の伝導性が提供され、電池の保証が高くなる。
【００６０】
本発明にしたがった新規な方法は、例えば、費用のかからない安全なＬｉイオン電池の製造に適用可能である。そのような電池には、少なくとも４つの以下の部分：アノード；カソード；セパレータ；電解質が含まれる。
【実施例】
【００６１】
実施例
以下の実施例は純粋に例示として与えられ、本発明のいかなる限定を構成するものと解釈すべきではない。
【００６２】
１．アノードの製造のための本方法の使用
アノードは、平均サイズ２０μｍの球状黒鉛粒子製であり、１％のプリズム状黒鉛の粒子で被覆され、そのサイズは４μｍである；混合物は機械溶融又はハイブリダイゼーションにより確実なものとなる。この様式において、９５％の黒鉛を、バインダーとして使用される日本ゼオンのバインダーバッテリーグレード（ＢＭ−４００Ｂ）などの５％のＳＢＲと混合して、水中にいれて溶液にする。
【００６３】
最適な濃度は、銅上（好ましくはＥＸＭＥＴと呼ばれるエクスパンデッドメタル上）への押出し又は塗布のために選択する。
球状黒鉛は、その表面でのリチウム拡散速度、及びその約３７０ｍＡｈ／ｇの可逆容量のために選択する。プリズム状黒鉛は、球状粒子の間の伝導性架橋として選択する。伝導性架橋は電極の抵抗を低下させる。（基底面の存在に関係して）プリズム状黒鉛を使用する目的は、電極を確実に滑らかにすることである；これにより、特に押出し又は塗布の間に、電極の厚さと多孔度を均一にする効果を与える。赤外線によるオンライン乾燥により、機械装置と方法は簡単になる。
【００６４】
また、加熱を使用して微量の水（Ｈ２Ｏ）を除去する。電極が塩処理されていない（塩無し）という事実により、ＨＦを生成させることなく、電極の電気化学性能を改良することが可能となる。
【００６５】
この電極に関係する他の利点は、非フッ素化バインダーの使用であり、これにより、電解質とのすべての反応又はＨＦの形成を伴うすべての寄生反応は排除される。このことは、バッテリーのケーシングとして使用する金属プラスチックの多層材料の選択に影響を与え、ＨＦに対する保護層を用いることを避けることができ、これにより、製造コストは制限される。
【００６６】
この方法において、出発溶媒は水である。このことは、環境に有益であり、特別な設備（特別な予防策を伴う溶媒回収のための無水チャンバーなど）を何も必要としない。
２．カソードの製造のための本方法の使用
カソードは、好ましくはＬｉＦｅＰＯ４（Phostech Inc.より）からなる。ＬｉＦｅＰＯ４を、３％ケッチェンブラック及び３％天然又は合成黒鉛で被覆する。被覆加工は、機械溶融又はハイブリダイゼーションにより行うことができる。
【００６７】
ケッチェンブラックを使用して、電極中に電導性ネットワークを構成する。黒鉛は二重の機能を有する。第一には、ＬｉＦｅＰＯ４とケッチェンブラックとの間に接合架橋を提供する。接合架橋は、電極に対して低い抵抗をもたらす。また、黒鉛は、滑剤として作用して、特に押出しにより、良好な均一性及び制御された多孔度をもつ電極を提供することにより、塗布を促進する。
【００６８】
ＬｉＦｅＰＯ４／カーボン（ケッチェンブラック）／黒鉛の混合物を、日本ゼノンのバインダーバッテリーグレード（ＢＭ−４００ｂ）よりの５％ＳＢＲゴムと混合して、水中に溶解することにより溶液とする。
【００６９】
この混合物の塗布を、押出し又はドクターブレード（水平又は垂直）により、好ましくは押出しにより実施する。乾燥は、１で説明したアノードを製造する場合と同様、赤外線を使用して達成する。
【００７０】
カソードの製造のために使用する方法は、アノードを製造するために使用するものと同じである。
次のものの使用を必要とする：
溶媒としてのＨ２Ｏ；
潤滑性及び導電性の黒鉛；
乾燥手段としての赤外線；及び
フッ素を含まないＳＢＲタイプのバインダー；（日本ゼオンのバインダーバッテリーグレード（ＢＭ−４００Ｂ））。
【００７１】
次のものの使用を避けることが可能となる：
塩；
無水チャンバー；及び
特別な予防策。
【００７２】
ＬｉＦｅＯ４は、この理由のために（日本ゼオンのバインダーバッテリーグレード（ＢＭ−４００Ｂ））のＳＢＲを分解することなく、３．８ボルトで完全に充電する。イミドタイプの塩の使用は、好ましくはＥＸＭＥＴタイプのアルミニウム製コレクターの腐食には影響を与えず、バッテリーのエネルギー密度のためには都合がよい。
【００７３】
３．セパレータを製造するための方法
ａ．液体及び電解質ゲル用のセパレータ
セパレータは、好ましくはＰＰ（ポリプロピレン）若しくはＰＥ（ポリエチレン）タイプ、又はこれらの混合物製である。好ましくは、押出しにより得られる。このセパレータの多孔度は約３０〜５０％であり、これにより、電極、特にゲルに対してより多くの空間が与えられる。この膜は、「溶媒フリー」と呼ばれる。セパレータは、ＵＶ熱加熱、電子ビーム、又はＩＲ（熱）により架橋する。架橋は、好ましくは保護ライン上でＩＲにより実施する。
【００７４】
ｂ．ポリマーセパレータ
このセパレータの電池における使用は、更に、ＰＰ又はＰＥの使用を限定する。ポリマー製のセパレータの利点は、電解質と物理的及び化学的なゲルを形成することから、安全性の理由のためである。
【００７５】
セパレータは、好ましくは、３分枝又は４分枝のＰＥＯ−ＰＰＯコポリマータイプ（ポリオキシエチレン−ポリオキシプロピレン）のポリエーテル製であり、好ましくは４分枝ポリエーテル（Ｅｌｅｘｅｌ（登録商標）２１７という商品名でディー・ケー・エスにより販売される）製である。これらのポリエーテルは、室温で実際には液体である。押出し加工の枠組み内での使用であれば、追加の溶媒をまったく必要とせず、環境に対する有害問題を克服している。
【００７６】
このタイプのポリマーの架橋は、電子ビーム、ＩＲ又はＵＶにより熱的に実施する。
４．リチウムイオン電池の組立て（図１〜４）
ａ．すべての液体
三枚の薄膜であるアノード／セパレータ：ＰＰ又はＰＥ／カソードを、所望の容量（ｍＡｈ又はＡｈ）にしたがって巻きつける：巻きつけるときに、１０ｐｓｉの圧力を施用する。Ａｌ及びニッケルタイプのタブ（電流コネクタ）を、超音波（ＡＴＭ２０７）により、それぞれカソードのＡｌコレクタ及びアノードの銅上に溶接した。
【００７７】
この三枚の薄膜巻物を、ＨＦ保護無しで、金属プラスチック製バッグ中に導入する。
液体電解質の注入は、金属プラスチック製バッグ中を完全に真空にした後に実施する。液体電解質は塩及び溶媒の混合物であり、塩はＬｉＴＦＳＩ及び／又はＬｉＦＳＩなどのイミドタイプであり、使用する溶媒又は溶媒混合物は、高い沸点を有する。本発明において使用することができる溶媒の例としては、以下の混合物が挙げられる：
ＥＣ＋γＢＬ
ＥＣ＋ＴＥＳＡ（又は修飾ＴＥＳＡ）
又は
ＰＣ＋ＥＣ＋γＢＬ
ＰＣ＋ＥＣ＋ＴＥＳＡ（又は修飾ＴＥＳＡ）
ＰＣ＋ＥＣ＋γＢＬ＋ＴＥＳＡ（又は修飾ＴＥＳＡ）。
【００７８】
液体の場合の塩の濃度は≦１Ｍ（１モル濃度）である。一旦電池を密封したら、小さい電流を施用して、アノード（黒鉛／楕円体）の表面上に不動態化膜を得ることにより、電池の電気化学的形成を実施する。
【００７９】
ｂ．ＰＰ又はＰＥセパレータに関するゲル
４ｂの加工は、本質的には４ａにおいて説明したものと同じである。
電解質ゲル前駆体は、５％ポリマー（Ｅｘｃｅｌ）＋９５％（１．５Ｍ ＬｉＴＦＳＩ）＋ＥＣ＋ＰＣ＋γＢＬ １：１：３）＋１０００ｐｐｍの熱開始材（好ましくはＰｅｒｋａｄｏｘ１６である）とから作られている。この組み合わせは、電解質の選択を限定しない。
【００８０】
電解質は、３枚の薄膜（アノード／セパレータＰＰ／カソード）を含んでいる電池のバッグ中で完全な真空を達成した後で注入される。
一旦電池を密封したら、８０℃での１０分間の熱処理、好ましくはＩＲによる１０分間の熱処理によりゲルを得る。in situでのインピーダンス測定を、電解質の抵抗を展開させた後に行う。重合を実施した後、４ｂと同様に、電池を電気化学的に形成する。ゲル濃度はセパレータ、アノード及びカソードにおいて一定である。
【００８１】
ｃ．ポリエチレンセパレータに関するゲル
３枚の薄膜であるアノード／ポリエーテル／カソードを巻きつけて、金属プラスチック製のバッグ中に導入する。ゲル前駆体は、既に説明した４ｂの前駆体と同じ性質である。ゲル前駆体は、完全に真空にした後で金属プラスチックバッグ中に導入する。一旦電池を密封したら、重合は、８０℃で１０分間、又は好ましくはＩＲ（赤外線）により得る。４ｂの場合にように形成物を電池に施用する。セパレータと電極におけるゲル濃度は異なる。
【００８２】
５．他の技術
この新規な方法の実行は、アノードの活性材料としての黒鉛の使用、又はカソードの活性材料としてのＬｉＦｅＰＯ４の使用には限定されない。
【００８３】
例として、いくつかのアノードとしては、Ｓｉ、Ｌｉ４Ｔｉ５Ｏ１２又はＳｎを基材とするタイプの合金などが挙げられる；カソードは、ＬｉＣｏＯ２又はＬｉＭｎ０．５Ｎｉ０．５Ｏ２、ＬｉＭｎ０．５Ｎｉ０．５Ｏ２、ＬｉＮｉｘＣｏｙＡｌｚなどを含んでもよい。
【００８４】
また、ゲルは、ＰＶＤＦタイプであってもよく、ポリエーテル＋ＰＶＤＦ又はポリエーテル＋ＰＭＭＡなどの混合物からなってもよい。この方法は、次のタイプのハイブリッドスーパーコンデンサーに簡単に適合させることができる：
５ａ）Ｌｉ４Ｔｉ５Ｏ１２／電解質／炭素；
５ｂ）ＷＯ２／電解質／炭素；
５ｃ）黒鉛／電解質／炭素；及び
５ｄ）Ｓｉ／電解質／炭素又は他の組み合わせ。
【００８５】
実施例１：
アノードの製造は、その粒子が２０μｍの平均サイズを有する球状黒鉛を用いて実施する。これらの粒子は、機械溶融（ホソカワ，日本）による得られたものである。黒鉛９５％を、スチレンブタジエンゴム（スチレンブタジエンゴム（ＳＢＲ））８％と混合して、水中に溶解する。この混合物を、ドクターブレード（登録商標）法により、銅コレクタ上に施用する。このようにして得られる電極を、真空下、１２０℃で２４時間乾燥させる。この電極を、金属リチウムの反対側に取付け、セルガード（ＥＣ−ＤＭＣ−ＬＩＢＦ４）タイプの薄膜により隔てる。このようにして得られる電気化学電池は４ｃｍ２の表面をもつ。
【００８６】
この電池は、Ｃ／１２の速度にて０．０〜２．５ボルトでサイクルする。図５は、第一及び第二のサイクルの間で、それぞれ、８２．０％及び９６．１％のクーロン効率をもつ電池の最初の２サイクルの電気化学的結果を示す。
【００８７】
実施例２：
製造されるカソードは、３％ケッチェンブラックで被覆されたＬｉＦｅＰＯ４（Phostech Inc.）の粒子を含有する。被服科光波、機械溶融（ホソカワ，日本）により実施する。
【００８８】
混合物であるＬｉＦｅＰＯ４／炭素（ケッチェンブラック）を、水中に溶解させた５％のスチレンブタジエンゴム（スチレンブタジエンゴム（ＳＢＲ））と混合する。この混合物を、ドクターブレード（登録商標）法により、アルミニウムコレクタ上に施用する。このようにして得られる電極を、真空下、１２０℃で２４時間乾燥させる。この電極を、金属リチウムの反対側に取付け、セルガードタイプの薄膜（ＥＣ−ＰＣ−ＤＭＣ−ＬＩＢＦ４）により隔てる。このようにして得られる電気化学電池は４ｃｍ２の表面をもつ。
【００８９】
この電池は、Ｃ／２４の速度にて２．５〜４．０ボルトでサイクルする。図６は、第一及び第二のサイクルの間で、それぞれ、９０．０％及び９９．７％のクーロン効率をもつ電池の最初の２サイクルの電気化学的結果を示す。
【００９０】
本発明を具体的な態様により説明してきたが、前記態様に多くの変更及び修飾を施すことができること、本発明は、一般に本発明の原理にしたがっており、本発明の分野において既知となるか又は慣用的である本発明のあらゆる変態を含む、そのような本発明の修飾、使用又は適合を包含することを意図すること、そして、これまでに説明した本質的要素を特許請求の範囲にしたがって適用し得ることは理解すべきである。
【技術分野】
【０００１】
発明の分野
本発明は、電気化学電極を製造するための新規な方法及びその方法により得られた電極に関する。本方法は、水溶性バインダー及び活性材料を含有する水溶液を電極上に塗布し乾燥させることにより得られた薄膜により、完全に又は部分的に被覆された電極の製造を可能にする。
【０００２】
本発明の第二の側面は、本発明にしたがった電極を製造するための少なくとも１つの工程を包含する、電気化学系を製造するための方法と、そのようにして得られる電気化学系とに関する。
【０００３】
本発明の第二の側面は、電極の一部分又は全体を被覆する薄膜を調製するための水溶液中のバインダーとしての、水溶性ポリマーの使用に関する。
また、本発明は、すべて液体、ゲル又は固体である、Ｌｉイオン天然黒鉛／電解質／ＬｉＦｅＰＯ４電池を製造するための新規な方法も提供する。
【背景技術】
【０００４】
従来技術
米国特許ＵＳ−Ａ−６，６８０，８８２には、セパレータ中及び活性材料の粉末を含有する少なくとも１つの合成電極中に配置された、非プロトン性電解質組成物が記載されている。使用される電解質は、ポリマーからなる第一のポリマーマトリックス及び少なくとも１つの第二のポリマーマトリックス、並びに少なくとも１つのアルカリ塩及び極性非プロトン性溶媒を含んでいる。この方法には、環境に関して毒性と分類される溶媒中に希釈されたＰＶＤＦタイプのバインダーの使用に関係する不都合がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
米国特許出願第６，６８０，８８２号明細書
【発明の概要】
【０００６】
発明の要旨
本発明は、少なくとも１つの活性材料、少なくとも１つの水溶性バインダー及び少なくとも１つの水溶性増粘剤を含む水溶液を、電極支持体上に塗布し乾燥させることにより得られた薄膜により少なくとも部分的に被覆された電極を製造するための方法に関する。その経済的な利点のほかに、本方法は、有機溶媒を使用する場合に関係する環境問題を克服する。このようにして得られる電極は、安定であり高度に機能する電気化学系の製造において機能し、そして有利に使用することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】図１は、押出しによりリチウムイオン電池を製造するための本発明の一態様にしたがった方法の概略図である。
【図２】図２は、本発明にしたがったリチウムイオン電池の要素の楕円形断面を示す。
【図３】図３は、ポリマーセルのための二重セル構造の概略図である。
【図４】図４は、非ポリマー電池のためのＨＦ保護層のない金属プラスチック包装の概略図である。
【図５】図５は、水溶性バインダーにより製造した黒鉛／セルガード（ＥＣ−ＤＭＣ−ＬｉＢＦ４）アノードの充電−放電曲線を示す。
【図６】図６は、水溶性バインダーにより製造したＬｉＦｅＰＯ４／セルガード（ＥＣ−ＤＭＣ−ＬｉＢＦ４）Ｌｉカソードの充電−放電曲線を示す。
【発明の詳細な説明】
【０００８】
発明の具体的な説明
本発明の枠組みの範囲内では、バインダーという用語は、その機能が、伝導に好都合な化学的又は電気化学的ネットワークを提供するために、活性粒子を互いに連結させることである任意の化学的化合物を意味する。
【０００９】
本発明の枠組みの範囲内では、増粘剤という用語は、関係する溶液中に存在する疎水性粒子の粘度及び湿潤性を増加させることができる任意の化学的化合物を意味する。
本発明の第一の目的は、少なくとも１種の活性材料（すなわち、化学的に及び／又は電気化学的に活性である）、少なくとも１種の水溶性バインダー及び少なくとも１種の水溶性増粘剤を含む水溶液を電極支持体上に塗布して乾燥させることにより得られた薄膜により、少なくとも部分的に被覆された電極を製造するための方法からなる。
【００１０】
塗布は、都合のよいことには、例えば、Coating Technology Handbook by Satas Armek 1991, partII, CoatingandProcessing Technics １０３〜３２１ページに記載される従来の手法により実施する。電極上に塗布された薄膜の乾燥は、都合のよいことには、１〜２時間、好ましくは８０〜１３０℃の温度で実施する。
【００１１】
使用する活性材料は、都合のよいことには、
金属酸化物；
セラミック；
炭素、天然グラファイト及び合成グラファイト；
金属；
半導体材料；及び
これらのうち少なくとも２種の混合物
からなる群から選択される。
【００１２】
別の都合のよい態様にしたがえば、金属酸化物は、ＬｉＭｎ２Ｏ４、ＬｉＣｏＯ２及びＬｉＮｉＯ２からなる群から選択される。都合のよい態様としては、炭素は、高表面積炭素、黒鉛、炭素繊維、及びコークスの群から選択してもよい。都合よく保持される金属は、Ａｇ、Ｓｎ及びＣｕからなる群から選択される。半導体材料の中では、ケイ素が特に興味深い結果をもたらす。
【００１３】
使用される化学的に及び／又は電気化学的に活性のある材料は、一般に、粉末の形態であり、その平均寸法は１０ナノメートル〜１０ミリメートルで、都合のよいことにＤ５０−Ｄ１０＝３０のギャップ及びＤ９０−Ｄ５０＝３０のギャップに相当する、比較的低い粒分散度を有する。
【００１４】
好ましい様式にしたがえば、例えば、自動車用バッテリー用の電極を製造するため、保持される粉末は、２００ナノメートル〜２５マイクロメートルの粒分散度を有する。
保持されるバインダー及び増粘剤の少なくとも２０％は、一般的には、室温で、２００グラムの水中２０グラムの割合で導入した場合に、水溶性である。好ましくは、少なくとも５０％、更により都合のよいことには、少なくとも９０％は溶解性である。
【００１５】
水溶性増粘剤は、天然セルロース、物理的に及び／又は化学的に修飾したセルロース、天然多糖、物理的に及び／又は化学的に修飾した多糖からなる群から選択してもよく、２７，０００〜２５０，０００の分子量を有する。
【００１６】
増粘剤は、都合のよいことには、カルボキシメチルセルロース、ヒドロキシメチルセルロース及びメチルエチルヒドロキシセルロースからなる群から選択する。
好ましい様式にしたがえば、増粘剤は、例えば、ＥＰ、７Ａ、ＷＳＣ、ＢＳ−Ｈ及び３Ｈの商品名で、日本の第一工業製薬（Daiichi Kogyo Seiyaku Co.）により販売されるセロゲン（Cellogen）（登録商標）タイプのカルボキシメチルセルロースからなる群から選択する。
【００１７】
溶解性バインダーは、都合のよいことには、天然及び／又は合成ゴムからなる群から選択する。
バインダーは、非フッ素化タイプ又は低フッ素化タイプのものである。実際に、例として、水中に溶解しないＬｉＦは、本発明の事情においては使用することができない。
【００１８】
ゴムの中では、合成タイプのゴム、より特定的にはＳＢＲ（スチレンブタジエンゴム）、ＮＢＲ（ブタジエン−アクリロニトリルゴム）、ＨＮＢＲ（水素化ＮＢＲ）、ＣＨＲ（エピクロルヒドリン）及びＡＣＭ（アクリレートゴム）からなる群から選択されるゴムが特に都合がよい。
【００１９】
使用される溶解性ゴム、例えばＳＢＲファミリーのゴムは、好ましくは、ペーストの形態である。
例として、商品名（ＢＭ−４００Ｂ）で日本ゼオンにより販売される電池用グレードのＳＢＲ又は等価物、及び、略称ＥＰ及び／又は３Ｈとして既知のセロゲン（登録商標）の増粘剤を挙げることができる。
【００２０】
通常は、増粘剤／バインダーの比率は、１０〜７０％であり、好ましくは３０〜５０％である。
水溶液中において、バインダー含量は、都合のよいことには、１〜７０％、増粘剤の含量は１〜１０％である。
【００２１】
アノード支持体上に塗布するために適切に使用される水溶液は、以下のように配合することができる（パーセントは重量で与える）：
少なくとも６４％の黒鉛；及び
少なくとも３％の水溶性バインダー、
０．１〜２％の増粘剤；及び
多くとも２７％の水。
【００２２】
カソード支持体に関して適合された水溶液は、以下のように配合することができ、塗布するために使用される水溶液は重量基準で：
少なくとも６４％のＬｉＦｅＰＯ４；及び
少なくとも３％の水溶性バインダー、
０．１〜２％の増粘剤；及び
多くとも２７％の水
を含有する。
【００２３】
本方法を実行する場合、好ましくは、塗布工程を実施するために使用される溶液中存在する水の薄くなくとも９５％を除去することにより、電極を乾燥させる。
電極の表面を水溶液で被覆した後、当業者に既知である種々の手法を用いて、電極の表面上に存在する極微量のＨ２Ｏを除去することができる。
【００２４】
これらの極微量の水は、８０〜１３０℃の都合のよい温度で１〜１２時間、ＥＸＴ法、ＤＢＨ法及び／又はＤＢ法、あるいは赤外線の熱的手段により除去する。
薄膜は、都合のよいことには、その残留水分含量が２０００ｐｐｍ、好ましくは５０ｐｐｍより低くなるまで乾燥する。
【００２５】
この方法は、都合のよいことには、塩処理されていないタイプの電極、すなわち活性材料、炭素、及び増粘剤及び／又はバインダーから作られた本発明の電極に適用される。
本方法は、通常、室温及び常圧で実施する。不活性雰囲気を使用してもよく、並びに乾燥工程の間は部分的に真空を使用してもよい。有機溶媒を使用しないことから、押出し法は、特に重要である。実際に、爆発危険性などの溶媒使用に固有の危険が除外され、例えば、２０％ほど高い押出し速度での、よりエネルギーの高い条件下での押出しによる態様にしたがって作業を実施することができる。
【００２６】
本発明にしたがった負極の製造のためには、使用する電気化学的に活性のある材料は、黒鉛、Ｓｎ合金、Ｓｉ合金、Ｌｉ４Ｔｉ５Ｏ１２、ＷＯ２タイプの粉末及びこれらの粉末のうち少なくとも２種から得られた混合物からなる群から選択してもよい。プリズム状の形態をした黒鉛粒子により被覆された楕円形の黒鉛核を有する粒子からなるものを挙げることができる。楕円形黒鉛のプリズム状黒鉛による被覆は、機械溶融及び／又はハイブリダイゼーションにより得ることができる。
【００２７】
正極を製造するのが望ましい場合は、電気化学的に活性のある材料は、好ましくは、黒鉛及び炭素により被覆された、ＬｉＣｏＯ２、ＬｉＮｉＯ２、Ｌｉ２Ｍｎ２Ｏ４、ＬｉＮｉ０．５Ｍｎ０．５Ｏ２、ＬｉＦｅＰＯ４粉末、及びこれらのうち少なくとも２種の混合物から選択する。
【００２８】
例えば、黒鉛及び／又は炭素により被覆されたＬｉＦｅＰＯ４タイプの電極を得ることができる。ＬｉＦｅＰＯ４を黒鉛及び／又は炭素により被覆することは、通常、機械溶融及び／又はハイブリダイゼーションにより実施する。
【００２９】
被覆中に存在する炭素の比表面積は広く変動してもよい；ＢＥＴにより測定した比表面積は、殆どの場合において、５０ｍ２／ｇより高いか又は等しいと確認された。
また、この方法は、ポリマータイプ、好ましくは水溶性ＳＢＲタイプの薄膜により少なくとも部分的に被覆された電気化学的セパレータを製造することを可能とする。
【００３０】
電気化学的セパレータを製造するためのそのような方法は、使用される水性ポリマー溶液が活性材料も炭素も含有していないか、又はごく少量含有していること以外は、これまでに定義した電極を製造する方法にしたがっている。実際に、セパレータは、アノードとカソードの間のイオン輸送のために使用され、電気的に伝導性ではない。
【００３１】
本発明の第二の目的は、活性材料を含有する薄膜による少なくとも一部分が被覆されている支持体で作られた電極からなる。この電極は、これまでに定義した第一の目的にしたがった方法のうちの一つを実施することにより得られる。これらの電極は、バインダーが、塗布薄膜を構成するために使用される水溶液を乾燥した後に、支持体から引き離されていることを特徴とする。
【００３２】
カソードの場合は、電極支持体は、都合のよいことには、少なくとも部分的に、ステンレス、アルミニウム、銅、炭素、金属−プラスチック、又はこれらの材料のうち少なくとも２種の混合物を含む。
【００３３】
アノードの場合は、電極支持体は、都合のよいことには、少なくとも部分的に、銅、金属−プラスチック、又はこれらの混合物を含む。
本発明の電極は、都合のよいことには、以下の性質：
５０％より高い水分含量の存在下、２０℃より高い温度で、好ましくは１年より長い貯蔵安定性；
電極が黒鉛を基材とする場合、１０〜１００μｍ、更により好ましくは２０〜４５μｍの膜厚、最も有利な様式にしたがえば薄膜は約４５μｍの厚さを有する；
電極が鉄及び／又はフォスフェートに基づく場合、２０〜２００μｍ、更により好ましくは２０〜１１０μｍの膜厚、最も有利な様式は、薄膜が約９０μｍの厚さを有する様式である；
同じ活性材料によるが、有機溶媒溶液を用いることにより得られた、対応する電極に匹敵する電気化学的性能；
ゴムの粒子が電極支持体に直接付着していることを特徴とする電極薄膜；及び
厚さ測定方法により測定して、１０〜９０％、好ましくは３０〜４０％である、一又はそれより多い電極を被覆する薄膜の多孔度
のうち少なくとも１つを有する。
【００３４】
第三の目的は、少なくとも１つのアノード、少なくとも１つのカソード及び少なくとも１つのセパレータを含む構成要素を組み合わせることにより、電気化学系を製造するための方法であって、少なくとも１つのアノード及び／又は少なくとも１つのカソードが、本発明の第一の目的にしたがった方法又は本発明の第二の目的に定義される方法により得られた前記方法からなる。
【００３５】
この方法は、都合のよいことには、セパレータが多孔性である電池を製造するために使用する。セパレータは、例えば、ポリプロピレン又はポリエチレンタイプのもの、あるいは、（ＰＰ，ＰＥ）混合物タイプのものであり、押出しにより得られたもの及び／又はゲルタイプのものである。
【００３６】
セパレータは、好ましくは、次のタイプ：
ポリエステル
化学式（ＣＨ２−ＣＦ２）ｎ（式中、ｎは好ましくは１０００〜４０００であり、好ましくは、ｎは１５０に近い）のポリ（ビニリデンフルオライド）、好ましくは、１０，０００〜１，０００，０００の平均分子量を有するものであり、更に好ましくは、１００，０００〜２５０，０００の平均分子量を有するものである；
式［（ＣＨ２−ＣＦ２）ｘ（ＣＦ２−ＣＦ（ＣＦ３））１−ｘ］ｎ（式中、ｎは１０００〜４０００であり、好ましくは、ｎは２０００〜３０００であり、更により好ましくは、ｎは１５０に近く、ｘは好ましくは０．１２〜０．５である）のポリ（ビニリデン フルオロ−コ−ヘキサフルオロプロペン）コポリマー、好ましくは、１０，０００〜１，０００，０００の平均分子量を有するものであり、更に好ましくは、１００，０００〜２５０，０００の平均分子量を有するものである；
化学式（ＣＦ２−ＣＦ２）ｎ（式中、ｎは５〜２０，０００であり、好ましくは、ｎは５０〜１０，０００である）のポリ（テトラフルオロエチレン）、好ましくは、５００〜５，０００，０００の平均分子量を有するものであり、更に好ましくは、５０００〜１，０００，０００、好ましくは、約２００，０００の平均分子量を有するものである；
ポリ（エチレン−コ−プロピレン−コ−５−メチレン−２−ノルボルネン）又はＥＰＤＭとも呼ばれるエチレンプロピレン−ジエンコポリマー、好ましくは、１０，０００〜２５０，０００の平均分子量を有するものであり、好ましくは、２０，０００〜１００，０００の平均分子量を有するものである；及び
式［（ＣＨ２−Ｃ（ＣＨ３）／（ＣＯ２ＣＨ３）］ｎ（式中、ｎは好ましくは１００〜１０，０００であり、更に好ましくは、ｎは５００〜５０００である）ＰＭＭＡとも呼ばれるポリ（メチルメタクリレート）、好ましくは、１０，０００〜１，０００，０００の平均分子量を有するものであり、好ましくは、５０，０００〜５００，０００の平均分子量を有するものである；及び
これらのうち少なくとも２種の混合物
のポリマー材料から得られる。
【００３７】
このタイプのセパレータの製造は、都合のよいことには、Coating Technology Handbook by Satas Armek 1991, part II, １０３〜３２１ページ, Coating and Processing Techniquesに記載された手法を利用することにより実施する。
【００３８】
既知のセパレータの例として、ＰＥＯ−ＰＰＯポリエーテルコポリマータイプのもの、例えばＵＳ−Ａ−６，１９０，８０４に定義される３分枝ポリエーテルタイプのもの、又はＵＳ−Ａ−６，２８０，８８２に定義される４分枝ポリマータイプのものを挙げることができる。これら２つの特許の内容、特にそれぞれカラム１及び２は、参照により本明細書中に援用する。
【００３９】
ディー・ケー・エスジャパン（ＤＫＳ Ｊａｐａｎ）により製造され、商標エレクセル（ＥＬＥＸＣＥＬ）（登録商標）ＥＲＭ１で販売される４分枝ポリエーテルから得られたセパレータを用いることにより、特に興味深い結果が得られている。
【００４０】
本発明の第四の目的は、本発明の第三の目的にしたがった方法により得ることができる電気化学系、並びに本発明の第一の目的にしたがった方法を実施することにより得られる少なくとも１つの電極を含む電気化学系からなる。
【００４１】
この性質の系において、独自性の一つは、ポリマー溶液が電極支持体の表面で乾燥されているという事実、及び、例えばＳＢＲの水溶液の場合の結果は電極支持体の表面でＳＢＲを結合するという事実にある。
【００４２】
この性質の系において、セパレータは、ゲル、固体又は液体電解質タイプであってもよく、都合のよいことにはゲルタイプである。
都合のよい態様にしたがえば、電解質には、少なくとも１種の塩と少なくとも１種の溶媒が含まれる。
【００４３】
次いで、電解質中の塩のモル濃度は、好ましくは、１より低いか又は等しく、溶媒のモル濃度は、都合のよいことには、１より高いか又は等しい。
使用される塩は、好ましくは、ＬｉＰＦ６、ＬｉＢＦ４、ＬｉＢＯＢ、ＬｉＴＦＳＩ若しくはＬｉＦＳＩタイプ、又はこれらの混合物（ＬｉＢＯＢ及びＬｉＦＳＩの混合物など）であるイミドファミリーの塩である。
【００４４】
使用される溶媒としては、好ましくは、１００℃より高い沸点を有する。そのような溶媒には、γＢＬタイプ、ＴＥＳＡタイプ、若しくは修飾ＴＥＳＡタイプ、又はこれらの溶媒のうち少なくとも２種の混合物を挙げることができる。
【００４５】
ＥＣ（エチレンカーボネート）溶媒及びＰＣ（プロピレンカーボネート）溶媒は、通常、炭素を基材とする電極の場合に、不動態化膜を形成するために使用し、ＰＣ溶媒は、低温用途を達成するために使用する。
【００４６】
そのような系においては、すべてのゲル電池用の電解質は、都合のよいことには、ａ）ポリマー＋ｂ）液体電解質の化合物の前駆体から得られる。
ａ）の含量は、１〜９９％であることができ、好ましくはこの含量は５〜２５％であり；そして、ｂ）の含量は、１〜９９％であることができ、好ましくはこの含量は７５〜９５％である。ａ及びｂの含量は（ａ）＋（ｂ）＝１００％の関係を満たし、％は重量基準で与えられる。
【００４７】
別の有利な態様にしたがえば、熱開始剤を、全重量ａ）＋ｂ）に比例した量、すなわち、好ましくは１００〜５０００ｐｐｍの量、更により好ましくは５００〜１０００ｐｐｍの量で添加する。
【００４８】
ポリマーの組成は、好ましくは低く、すなわち、４分枝ポリマー、好ましくはエレセル（ＥＬＥＣＥＬ）（登録商標）タイプが約５％で、組成（１．５ＬｉＴＦＳＩ＋ＥＣ＋ＰＣ＋ＴＥＳＡ＋γＢＬ（１：１：１：１））の電解質が約９５％である。
【００４９】
リチウム塩濃度は、都合のよいことには、ゲルの場合１Ｍ（１モル濃度）より高いか又は等しく、リチウム塩濃度は、液体電解質中１Ｍ（１モル濃度）より低いか又は等しい。
これらの電気化学系のなかでは、都合のよいことには、少なくとも１つのアノード、少なくとも１つのカソード及び少なくとも１つのセパレータを含む系であって、系の構成要素のうち少なくとも２つ、好ましくは少なくとも３つは、本発明の第四の目的にしたがった方法のいずれか１つを実施することにより製造されたものを挙げることができる。
【００５０】
同様に、構成要素が実質的に有機溶媒を使用することなく製造された電気化学系は、特に興味深く、有機溶媒無しで得られたものは好ましい。
本発明の第五の目的は、水溶性ポリマー、好ましくはスチレンブタジエンゴムタイプ、更により好ましくは日本ゼオンのバインダーバッテリーグレード（ＢＭ−４００Ｂ）として販売されているＳＢＲの、電極支持体の一部又は全部を被覆するための薄膜を調製するための水溶液中におけるバインダーとしての使用に関する。
【００５１】
この使用は、例えば、商業的な電池において見られるＬｉＰＦ６の代わりにイミド塩を使用するという事実により、ＨＦが形成されることなく使用するという利点を有する。
薄膜の調製は、電極を電池内に配置して電池を密封した後に、例えば熱放射により、電極を被覆するポリマー溶液を架橋することにより実施する。
【００５２】
ポリマー溶液は、通常、重合温度が４０〜８０℃であり、ポリマー溶液の架橋を赤外線により実施するように選択する。
ポリマーの架橋時間は、都合のよいことには、５分間〜２時間である。
【００５３】
例として、重合は、約８０℃で約１０分間実施する。
本発明の使用は、多層金属プラスチックタイプの電池などの可撓性タイプの電池の製造のために特に適合される。
【００５４】
この使用により、例えば、もはやＨＦに対する保護層を有する必要がなく、また、有機溶媒に関するコストが削除されるという事実により、製造コストを低減することが可能となる。
【００５５】
別の特に興味深い適用は、スーパーコンデンサーの製造、好ましくはハイブリッドタイプのスーパーコンデンサーの製造、並びにエクスパンデッドメタルＥＸＭＥＴ（登録商標）タイプのアルミニウムタイプの支持体からのカソードの製造である。
【００５６】
別の興味深い変体は、平均電圧が１．６ボルトより低いか又は等しい場合に、アノードを製造するための、銅タイプ、好ましくはＥＸＭＥＴのアノード支持体の使用であり、平均電圧が１．６ボルトより高い場合に、カソード支持体はアルミニウムでつくられる。
【００５７】
本発明の好ましい態様の説明
一般的には、本発明の方法を実施する間に、ＥＸＭＥＴ上への押出し又は垂直塗布（vertical spreading）などのいわゆる高速手法を使用してもよいが、押出しが推奨される方法である。
【００５８】
フッ素を含まないバインダーを水中に溶解し、それにより、押出しの処理が促進され、処理速度が増加する。
アノード中及びカソード中の黒鉛の存在は、滑剤として作用し、例えば押出しを利用する場合に、電極の厚さを均一にし、多孔度を制御することによりその抵抗を低下させることが可能となる。
【００５９】
使用される溶媒は、アノードを扱うか又はカソードを扱うかに関わらず、水であり、それにより、方法が安全で、環境的に無害で、費用がかからなくなる。イミドタイプの塩の使用（ＨＦを形成しない）により、良好な電解質の伝導性が提供され、電池の保証が高くなる。
【００６０】
本発明にしたがった新規な方法は、例えば、費用のかからない安全なＬｉイオン電池の製造に適用可能である。そのような電池には、少なくとも４つの以下の部分：アノード；カソード；セパレータ；電解質が含まれる。
【実施例】
【００６１】
実施例
以下の実施例は純粋に例示として与えられ、本発明のいかなる限定を構成するものと解釈すべきではない。
【００６２】
１．アノードの製造のための本方法の使用
アノードは、平均サイズ２０μｍの球状黒鉛粒子製であり、１％のプリズム状黒鉛の粒子で被覆され、そのサイズは４μｍである；混合物は機械溶融又はハイブリダイゼーションにより確実なものとなる。この様式において、９５％の黒鉛を、バインダーとして使用される日本ゼオンのバインダーバッテリーグレード（ＢＭ−４００Ｂ）などの５％のＳＢＲと混合して、水中にいれて溶液にする。
【００６３】
最適な濃度は、銅上（好ましくはＥＸＭＥＴと呼ばれるエクスパンデッドメタル上）への押出し又は塗布のために選択する。
球状黒鉛は、その表面でのリチウム拡散速度、及びその約３７０ｍＡｈ／ｇの可逆容量のために選択する。プリズム状黒鉛は、球状粒子の間の伝導性架橋として選択する。伝導性架橋は電極の抵抗を低下させる。（基底面の存在に関係して）プリズム状黒鉛を使用する目的は、電極を確実に滑らかにすることである；これにより、特に押出し又は塗布の間に、電極の厚さと多孔度を均一にする効果を与える。赤外線によるオンライン乾燥により、機械装置と方法は簡単になる。
【００６４】
また、加熱を使用して微量の水（Ｈ２Ｏ）を除去する。電極が塩処理されていない（塩無し）という事実により、ＨＦを生成させることなく、電極の電気化学性能を改良することが可能となる。
【００６５】
この電極に関係する他の利点は、非フッ素化バインダーの使用であり、これにより、電解質とのすべての反応又はＨＦの形成を伴うすべての寄生反応は排除される。このことは、バッテリーのケーシングとして使用する金属プラスチックの多層材料の選択に影響を与え、ＨＦに対する保護層を用いることを避けることができ、これにより、製造コストは制限される。
【００６６】
この方法において、出発溶媒は水である。このことは、環境に有益であり、特別な設備（特別な予防策を伴う溶媒回収のための無水チャンバーなど）を何も必要としない。
２．カソードの製造のための本方法の使用
カソードは、好ましくはＬｉＦｅＰＯ４（Phostech Inc.より）からなる。ＬｉＦｅＰＯ４を、３％ケッチェンブラック及び３％天然又は合成黒鉛で被覆する。被覆加工は、機械溶融又はハイブリダイゼーションにより行うことができる。
【００６７】
ケッチェンブラックを使用して、電極中に電導性ネットワークを構成する。黒鉛は二重の機能を有する。第一には、ＬｉＦｅＰＯ４とケッチェンブラックとの間に接合架橋を提供する。接合架橋は、電極に対して低い抵抗をもたらす。また、黒鉛は、滑剤として作用して、特に押出しにより、良好な均一性及び制御された多孔度をもつ電極を提供することにより、塗布を促進する。
【００６８】
ＬｉＦｅＰＯ４／カーボン（ケッチェンブラック）／黒鉛の混合物を、日本ゼノンのバインダーバッテリーグレード（ＢＭ−４００ｂ）よりの５％ＳＢＲゴムと混合して、水中に溶解することにより溶液とする。
【００６９】
この混合物の塗布を、押出し又はドクターブレード（水平又は垂直）により、好ましくは押出しにより実施する。乾燥は、１で説明したアノードを製造する場合と同様、赤外線を使用して達成する。
【００７０】
カソードの製造のために使用する方法は、アノードを製造するために使用するものと同じである。
次のものの使用を必要とする：
溶媒としてのＨ２Ｏ；
潤滑性及び導電性の黒鉛；
乾燥手段としての赤外線；及び
フッ素を含まないＳＢＲタイプのバインダー；（日本ゼオンのバインダーバッテリーグレード（ＢＭ−４００Ｂ））。
【００７１】
次のものの使用を避けることが可能となる：
塩；
無水チャンバー；及び
特別な予防策。
【００７２】
ＬｉＦｅＯ４は、この理由のために（日本ゼオンのバインダーバッテリーグレード（ＢＭ−４００Ｂ））のＳＢＲを分解することなく、３．８ボルトで完全に充電する。イミドタイプの塩の使用は、好ましくはＥＸＭＥＴタイプのアルミニウム製コレクターの腐食には影響を与えず、バッテリーのエネルギー密度のためには都合がよい。
【００７３】
３．セパレータを製造するための方法
ａ．液体及び電解質ゲル用のセパレータ
セパレータは、好ましくはＰＰ（ポリプロピレン）若しくはＰＥ（ポリエチレン）タイプ、又はこれらの混合物製である。好ましくは、押出しにより得られる。このセパレータの多孔度は約３０〜５０％であり、これにより、電極、特にゲルに対してより多くの空間が与えられる。この膜は、「溶媒フリー」と呼ばれる。セパレータは、ＵＶ熱加熱、電子ビーム、又はＩＲ（熱）により架橋する。架橋は、好ましくは保護ライン上でＩＲにより実施する。
【００７４】
ｂ．ポリマーセパレータ
このセパレータの電池における使用は、更に、ＰＰ又はＰＥの使用を限定する。ポリマー製のセパレータの利点は、電解質と物理的及び化学的なゲルを形成することから、安全性の理由のためである。
【００７５】
セパレータは、好ましくは、３分枝又は４分枝のＰＥＯ−ＰＰＯコポリマータイプ（ポリオキシエチレン−ポリオキシプロピレン）のポリエーテル製であり、好ましくは４分枝ポリエーテル（Ｅｌｅｘｅｌ（登録商標）２１７という商品名でディー・ケー・エスにより販売される）製である。これらのポリエーテルは、室温で実際には液体である。押出し加工の枠組み内での使用であれば、追加の溶媒をまったく必要とせず、環境に対する有害問題を克服している。
【００７６】
このタイプのポリマーの架橋は、電子ビーム、ＩＲ又はＵＶにより熱的に実施する。
４．リチウムイオン電池の組立て（図１〜４）
ａ．すべての液体
三枚の薄膜であるアノード／セパレータ：ＰＰ又はＰＥ／カソードを、所望の容量（ｍＡｈ又はＡｈ）にしたがって巻きつける：巻きつけるときに、１０ｐｓｉの圧力を施用する。Ａｌ及びニッケルタイプのタブ（電流コネクタ）を、超音波（ＡＴＭ２０７）により、それぞれカソードのＡｌコレクタ及びアノードの銅上に溶接した。
【００７７】
この三枚の薄膜巻物を、ＨＦ保護無しで、金属プラスチック製バッグ中に導入する。
液体電解質の注入は、金属プラスチック製バッグ中を完全に真空にした後に実施する。液体電解質は塩及び溶媒の混合物であり、塩はＬｉＴＦＳＩ及び／又はＬｉＦＳＩなどのイミドタイプであり、使用する溶媒又は溶媒混合物は、高い沸点を有する。本発明において使用することができる溶媒の例としては、以下の混合物が挙げられる：
ＥＣ＋γＢＬ
ＥＣ＋ＴＥＳＡ（又は修飾ＴＥＳＡ）
又は
ＰＣ＋ＥＣ＋γＢＬ
ＰＣ＋ＥＣ＋ＴＥＳＡ（又は修飾ＴＥＳＡ）
ＰＣ＋ＥＣ＋γＢＬ＋ＴＥＳＡ（又は修飾ＴＥＳＡ）。
【００７８】
液体の場合の塩の濃度は≦１Ｍ（１モル濃度）である。一旦電池を密封したら、小さい電流を施用して、アノード（黒鉛／楕円体）の表面上に不動態化膜を得ることにより、電池の電気化学的形成を実施する。
【００７９】
ｂ．ＰＰ又はＰＥセパレータに関するゲル
４ｂの加工は、本質的には４ａにおいて説明したものと同じである。
電解質ゲル前駆体は、５％ポリマー（Ｅｘｃｅｌ）＋９５％（１．５Ｍ ＬｉＴＦＳＩ）＋ＥＣ＋ＰＣ＋γＢＬ １：１：３）＋１０００ｐｐｍの熱開始材（好ましくはＰｅｒｋａｄｏｘ１６である）とから作られている。この組み合わせは、電解質の選択を限定しない。
【００８０】
電解質は、３枚の薄膜（アノード／セパレータＰＰ／カソード）を含んでいる電池のバッグ中で完全な真空を達成した後で注入される。
一旦電池を密封したら、８０℃での１０分間の熱処理、好ましくはＩＲによる１０分間の熱処理によりゲルを得る。in situでのインピーダンス測定を、電解質の抵抗を展開させた後に行う。重合を実施した後、４ｂと同様に、電池を電気化学的に形成する。ゲル濃度はセパレータ、アノード及びカソードにおいて一定である。
【００８１】
ｃ．ポリエチレンセパレータに関するゲル
３枚の薄膜であるアノード／ポリエーテル／カソードを巻きつけて、金属プラスチック製のバッグ中に導入する。ゲル前駆体は、既に説明した４ｂの前駆体と同じ性質である。ゲル前駆体は、完全に真空にした後で金属プラスチックバッグ中に導入する。一旦電池を密封したら、重合は、８０℃で１０分間、又は好ましくはＩＲ（赤外線）により得る。４ｂの場合にように形成物を電池に施用する。セパレータと電極におけるゲル濃度は異なる。
【００８２】
５．他の技術
この新規な方法の実行は、アノードの活性材料としての黒鉛の使用、又はカソードの活性材料としてのＬｉＦｅＰＯ４の使用には限定されない。
【００８３】
例として、いくつかのアノードとしては、Ｓｉ、Ｌｉ４Ｔｉ５Ｏ１２又はＳｎを基材とするタイプの合金などが挙げられる；カソードは、ＬｉＣｏＯ２又はＬｉＭｎ０．５Ｎｉ０．５Ｏ２、ＬｉＭｎ０．５Ｎｉ０．５Ｏ２、ＬｉＮｉｘＣｏｙＡｌｚなどを含んでもよい。
【００８４】
また、ゲルは、ＰＶＤＦタイプであってもよく、ポリエーテル＋ＰＶＤＦ又はポリエーテル＋ＰＭＭＡなどの混合物からなってもよい。この方法は、次のタイプのハイブリッドスーパーコンデンサーに簡単に適合させることができる：
５ａ）Ｌｉ４Ｔｉ５Ｏ１２／電解質／炭素；
５ｂ）ＷＯ２／電解質／炭素；
５ｃ）黒鉛／電解質／炭素；及び
５ｄ）Ｓｉ／電解質／炭素又は他の組み合わせ。
【００８５】
実施例１：
アノードの製造は、その粒子が２０μｍの平均サイズを有する球状黒鉛を用いて実施する。これらの粒子は、機械溶融（ホソカワ，日本）による得られたものである。黒鉛９５％を、スチレンブタジエンゴム（スチレンブタジエンゴム（ＳＢＲ））８％と混合して、水中に溶解する。この混合物を、ドクターブレード（登録商標）法により、銅コレクタ上に施用する。このようにして得られる電極を、真空下、１２０℃で２４時間乾燥させる。この電極を、金属リチウムの反対側に取付け、セルガード（ＥＣ−ＤＭＣ−ＬＩＢＦ４）タイプの薄膜により隔てる。このようにして得られる電気化学電池は４ｃｍ２の表面をもつ。
【００８６】
この電池は、Ｃ／１２の速度にて０．０〜２．５ボルトでサイクルする。図５は、第一及び第二のサイクルの間で、それぞれ、８２．０％及び９６．１％のクーロン効率をもつ電池の最初の２サイクルの電気化学的結果を示す。
【００８７】
実施例２：
製造されるカソードは、３％ケッチェンブラックで被覆されたＬｉＦｅＰＯ４（Phostech Inc.）の粒子を含有する。被服科光波、機械溶融（ホソカワ，日本）により実施する。
【００８８】
混合物であるＬｉＦｅＰＯ４／炭素（ケッチェンブラック）を、水中に溶解させた５％のスチレンブタジエンゴム（スチレンブタジエンゴム（ＳＢＲ））と混合する。この混合物を、ドクターブレード（登録商標）法により、アルミニウムコレクタ上に施用する。このようにして得られる電極を、真空下、１２０℃で２４時間乾燥させる。この電極を、金属リチウムの反対側に取付け、セルガードタイプの薄膜（ＥＣ−ＰＣ−ＤＭＣ−ＬＩＢＦ４）により隔てる。このようにして得られる電気化学電池は４ｃｍ２の表面をもつ。
【００８９】
この電池は、Ｃ／２４の速度にて２．５〜４．０ボルトでサイクルする。図６は、第一及び第二のサイクルの間で、それぞれ、９０．０％及び９９．７％のクーロン効率をもつ電池の最初の２サイクルの電気化学的結果を示す。
【００９０】
本発明を具体的な態様により説明してきたが、前記態様に多くの変更及び修飾を施すことができること、本発明は、一般に本発明の原理にしたがっており、本発明の分野において既知となるか又は慣用的である本発明のあらゆる変態を含む、そのような本発明の修飾、使用又は適合を包含することを意図すること、そして、これまでに説明した本質的要素を特許請求の範囲にしたがって適用し得ることは理解すべきである。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも１種の活性材料、少なくとも１種の水溶性バインダー及び少なくとも１種の水溶性増粘剤を含む水溶液を電極支持体上に塗布して乾燥させることにより得られた、少なくとも部分的に薄膜で被覆された電極を製造するための方法。
【請求項２】
活性材料が、
ａ．金属酸化物；
ｂ．セラミック；
ｃ．炭素、天然黒鉛及び合成黒鉛；
ｄ．金属；
ｅ．半導体材料；及び
ｆ．これらのうち少なくとも２種の混合物
からなる群から選択される、請求項１記載の方法。
【請求項３】
ａ．金属酸化物が、ＬｉＭｎ２Ｏ４、ＬｉＣｏＯ２及びＬｉＮｉＯ２からなる群から選択され；
ｂ．炭素が、高表面積炭素、黒鉛、炭素繊維及びコークスからなる群から選択され；
ｃ．金属が、Ａｇ、Ｓｎ及びＣｕからなる群から選択され；そして、
ｄ．半導体材料がＳｉである
、請求項２記載の方法。
【請求項４】
化学的及び／又は電気化学的に活性のある材料が粉末の形態であり、その平均粒子径が１０ナノメートル〜５０マイクロメートルである、請求項１〜３のいずれか１項に記載の方法。
【請求項５】
粉末が、２００ナノメートル〜２５マイクロメートルの粒状分散を有する、請求項４記載の方法。
【請求項６】
バインダー及び／又は増粘剤の少なくとも２０％が、室温にて水１００ｇ中２０ｇの割合で水溶性である、請求項１〜５のいずれか１項に記載の方法。
【請求項７】
バインダー及び／又は増粘剤の少なくとも５０％が溶解性である、請求項６記載の方法。
【請求項８】
バインダー及び／又は増粘剤の少なくとも９０％が溶解性である、請求項７記載の方法。
【請求項９】
水溶性増粘剤が、天然セルロース、修飾セルロース、天然多糖及び修飾多糖からなる群から選択される、請求項８記載の方法。
【請求項１０】
水溶性増粘剤が、２７，０００〜２５０，０００の分子量を有する、請求項９記載の方法。
【請求項１１】
増粘剤が、カルボキシメチルセルロース、ヒドロキシメチルセルロース及びメチルエチルヒドロキシセルロースからなる群から選択される、請求項９又は１０に記載の方法。
【請求項１２】
増粘剤が、セロゲン（登録商標）タイプのカルボキシメチルセルロースからなる群から選択される、請求項１〜１１のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１３】
増粘剤が、日本の第一工業製薬により販売されたＥＰ、７Ａ、ＷＳＣ、ＢＳ−Ｈ及び３Ｈカルボキシメチルセルロースからなる群から選択される、請求項１２記載の方法。
【請求項１４】
バインダーが天然ゴム又は合成ゴムである、請求項１〜１４のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１５】
バインダーが、非フッ素化タイプ又は低フッ素化タイプである、請求項１〜１４のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１６】
ゴムが、ＳＢＲ、ＮＢＲ、ＨＮＢＲ、ＣＨＲ及びＡＣＭからなる群から選択される、請求項１４又は１５に記載の方法。
【請求項１７】
ゴムが、室温にてペーストの形態であることを特徴とするＳＢＲである、請求項１５又は１６に記載の方法。
【請求項１８】
選択されたスチレンブタジエンゴム（ＳＢＲ）が、日本ゼオンにより販売された電池用バインダー（ＢＭ−４００Ｂ）などである、請求項１７記載の方法。
【請求項１９】
増粘剤がＥＰ及び／又は３Ｈである、請求項１３〜１８のいずれか１項に記載の方法。
【請求項２０】
電極がアノードであり、塗布するために使用される水溶液が、重量基準で：
ａ．少なくとも６４％の黒鉛；及び
ｂ．少なくとも３％の水溶性バインダー、
ｃ．０．１〜２％の増粘剤；及び
ｄ．多くとも２７％の水
を含有する、請求項１〜１９のいずれか１項に記載の方法。
【請求項２１】
電極がカソードであり、塗布するために使用される水溶液が、重量基準で：
ａ．少なくとも６４％のＬｉＦｅＰＯ４；及び
ｂ．少なくとも３％の水溶性バインダー、
ｃ．０．１〜２％の増粘剤；及び
ｄ．多くとも２７％の水
を含有する、請求項１〜１９のいずれか１項に記載の方法。
【請求項２２】
塗布用溶液中に存在する水の少なくとも９５％を、塗布後に蒸発させる、請求項１〜２１のいずれか１項に記載の方法。
【請求項２３】
電極の表面に存在する極微量のＨ２Ｏを、水溶液により電極の表面を被覆した後に、好ましくは８０〜１３０℃の温度で、１〜１２時間、ＥＸＴ法、ＤＢＨ法及び／又はＤＢ法、又は赤外線による熱処理により除去する、請求項２２記載の方法。
【請求項２４】
電極が塩処理されていないタイプである、請求項１０記載の方法。
【請求項２５】
周囲の空気中で、ドクターブレード抽出法及び／又は静電的方法を用いて実施する、請求項１〜２４のいずれか１項に記載の方法。
【請求項２６】
電極が負極であり、使用される電気化学的活性材料が、黒鉛の粉末、Ｓｎの合金、Ｓｉの合金、Ｌｉ４Ｔｉ５Ｏ１２タイプ、ＷＯ２タイプ、及びこれらの成分のうち少なくとも２種の混合物からなる群から選択される、請求項１〜２０及び請求項２２〜２５のいずれか１項に記載の方法。
【請求項２７】
黒鉛粉末が、プリズム状の形をした黒鉛粒子で被覆された楕円形の粒子からなる、請求項２６記載の方法。
【請求項２８】
プリズム状黒鉛による楕円形黒鉛の被覆が、機械溶融及び／又はハイブリダイゼーションにより得られる、請求項２０記載の方法。
【請求項２９】
電極が正極であり、電気化学的活性材料が、ＬｉＣｏＯ２の粉末、ＬｉＮｉＯ２、Ｌｉ２Ｍｎ２Ｏ４、ＬｉＮｉ０．５Ｍｎ０．５Ｏ２、黒鉛及び炭素により被覆されたＬｉＦｅＰＯ４及びこれらのうち少なくとも２種の混合物からなる群から選択される、請求項１〜１９、２１及び２２のいずれか１項に記載の方法。
【請求項３０】
電極を、黒鉛及び／又は炭素により被覆されたＬｉＦｅＰＯ４の粒子から調製する、請求項２９記載の方法。
【請求項３１】
被覆中に存在する炭素の比表面積が、ＢＥＴにより測定して≧５０ｍ２／ｇである、請求項３０記載の方法。
【請求項３２】
炭素及び／又は黒鉛によるＬｉＦｅＰＯ４の被覆が、機械溶融又はハイブリダイゼーションにより実施される、請求項３０又は３１に記載の方法。
【請求項３３】
１種の活性材料を含有する薄膜により少なくとも部分的に被覆された支持体からなる電極であって、請求項１〜２５のいずれか１項に記載の方法を実行することにより得られた前記電極。
【請求項３４】
カソードであり、電極支持体が、少なくとも部分的にステンレス、アルミニウム、銅、炭素、金属−プラスチック又はこれらの材料のうち少なくとも２種の混合物からなる、請求項３３記載の電極。
【請求項３５】
アノードであり、電極支持体が、少なくとも部分的に銅、金属−プラスチック、又はこれらのうち少なくとも２種の混合物からなる、請求項３３記載の電極。
【請求項３６】
次の性質：
ａ．５０％より高い水分含量の存在下、２０℃より高い温度で、好ましくは１年より長い貯蔵安定性；
ｂ．電極が黒鉛を基材とする場合、１０〜１００μｍ、更により好ましくは２０〜４５μｍの膜厚、最も有利な様式にしたがえば薄膜は約４５μｍの厚さを有する；
ｃ．電極が鉄及び／又はフォスフェートを基材とする場合、２０〜２００μｍ、更により好ましくは２０〜１１０μｍの膜厚、最も有利な様式は、薄膜が約９０μｍの厚さを有する様式である；
ｄ．同じ活性材料によるが、有機溶媒溶液を用いることにより得られた、対応する電極に匹敵する電気化学的性能；及び
ｅ．ゴムの粒子が電極支持体に直接付着していることを特徴とする電極薄膜
のうち少なくとも１つを有する、請求項３３〜３５のいずれか１項に記載の電極。
【請求項３７】
一以上の電極を被覆している薄膜の多孔度が、厚さ測定の方法にしたがって測定して１０〜９０％である、請求項３６記載の電極。
【請求項３８】
多孔度が３０〜４０％である、請求項３７記載の電極。
【請求項３９】
少なくとも１つのアノード、少なくとも１つのカソード及び少なくとも１つのセパレータを含むその構成要素から電気化学系を調製するための方法であって、少なくとも１つのアノード及び／又は少なくとも１つのカソードが、請求項１〜３２又は請求項３３〜３８のいずれか１項に記載の方法により得られた、前記方法。
【請求項４０】
セパレータが多孔性である電池を調製するための、請求項３９記載の方法。
【請求項４１】
セパレータが、好ましくは、ＰＰ若しくはＰＥタイプ、又は（ＰＰ，ＰＥ）混合タイプである、請求項４０記載の電気化学電池を調製するための方法。
【請求項４２】
セパレータが、好ましくは、押出しにより得られた、請求項３９〜４１のいずれか１項に記載の方法。
【請求項４３】
セパレータがゲルタイプである、請求項３９記載の方法。
【請求項４４】
セパレータが次のタイプ：
ポリエステル；
化学式（ＣＨ２−ＣＦ２）ｎ（式中、ｎは好ましくは１０００〜４０００であり、好ましくは、ｎは１５０に近い）のポリ（ビニリデンフルオライド）、好ましくは、１０，０００〜１，０００，０００の平均分子量を有するものであり、更に好ましくは、１００，０００〜２５０，０００の平均分子量を有するものである；
式［（ＣＨ２−ＣＦ２）ｘ（ＣＦ２−ＣＦ（ＣＦ３））１−ｘ］ｎ（式中、ｎは１０００〜４０００であり、好ましくは、ｎは２０００〜３０００であり、更により好ましくは、ｎは１５０に近く、ｘは好ましくは０．１２〜０．５である）のポリ（ビニリデン フルオロ−コ−ヘキサフルオロプロペン）コポリマー、好ましくは、１０，０００〜１，０００，０００の平均分子量を有するものであり、更に好ましくは、１００，０００〜２５０，０００の平均分子量を有するものである；
化学式（ＣＦ２−ＣＦ２）ｎ（式中、ｎは５〜２０，０００であり、好ましくは、ｎは５０〜１０，０００である）のポリ（テトラフルオロエチレン）、好ましくは、５００〜５，０００，０００の平均分子量を有するものであり、更に好ましくは、５０００〜１，０００，０００、好ましくは、約２００，０００の平均分子量を有するものである；
ポリ（エチレン−コ−プロピレン−コ−５−メチレン−２−ノルボルネン）又はＥＰＤＭとも呼ばれるエチレンプロピレン−ジエンコポリマー、好ましくは、１０，０００〜２５０，０００の平均分子量を有するものであり、好ましくは、２０，０００〜１００，０００の平均分子量を有するものである；及び
式［（ＣＨ２−Ｃ（ＣＨ３）／（ＣＯ２ＣＨ３）］ｎ（式中、ｎは好ましくは１００〜１０，０００であり、更に好ましくは、ｎは５００〜５０００である）ＰＭＭＡとも呼ばれるポリ（メチルメタクリレート）、好ましくは、１０，０００〜１，０００，０００の平均分子量を有するものであり、好ましくは、５０，０００〜５００，０００の平均分子量を有するものである；及び
これらのうち少なくとも２種の混合物
のポリマー材料から得られた、請求項４１記載の方法。
【請求項４５】
セパレータがポリエーテルＰＥＯ−ＰＰＯコポリマータイプである、請求項４４記載の方法。
【請求項４６】
セパレータが３分枝ポリエーテルタイプ又は４分枝ポリマータイプである、請求項４４記載の方法。
【請求項４７】
セパレータが、好ましくは、ディー・ケー・エスジャパンにより製造され、エレクセル（登録商標）ＥＲＭ１の商標で販売された４分枝ポリマータイプである、請求項４６記載の方法。
【請求項４８】
請求項３９〜４７のいずれか１項に記載の少なくとも１つの方法工程を含む方法により得ることができる、電気化学系。
【請求項４９】
請求項１〜３２のいずれか１項に記載の方法を実行することにより得られたか又は請求項３３〜３８のいずれか１項に記載の少なくとも１つの電極、ゲルのセパレータ、固体又は液体の電解質タイプを含む、電気化学系。
【請求項５０】
電解質ゲルを含む、請求項４８又は４９記載の電気化学系。
【請求項５１】
電解質が少なくとも１種の塩及び少なくとも１種の溶媒を含む、すべて液体電池タイプである、請求項５０記載の電気化学系。
【請求項５２】
電解質中の塩モル濃度が１以下であり、溶媒モル濃度が１以上である、請求項５１記載の電気化学系。
【請求項５３】
塩が、好ましくは、ＬｉＰＦ６、ＬｉＢＦ４、ＬｉＢＯＢ、ＬｉＴＦＳＩ、若しくはＬｉＦＳＩタイプのイミドファミリーの塩、又はＬｉＢＯＢ及びＬｉＦＳＩの混合物などのこれらのうち少なくとも２種の混合物である、請求項５１又は５２記載の電気化学系。
【請求項５４】
保持された溶媒が高い沸点を有する、請求項５１〜５３のいずれか１項に記載の電気化学系。
【請求項５５】
溶媒が１００℃より高い沸点を有する、請求項５４記載の電気化学系。
【請求項５６】
溶媒がγＢＬタイプ、ＴＥＳＡタイプ、若しくは修飾ＴＥＳＡタイプ、又はこれらの混合物である、請求項５５記載の電気化学系。
【請求項５７】
ＥＣ及びＰＣ溶媒が、炭素を基材とするアノードの場合に、不動態化膜の形成のために使用され、ＰＣ溶媒が低温用途のために使用される、請求項５１〜５５のいずれか１項に記載の電気化学系。
【請求項５８】
すべてのゲル電池について電解質が、ａ）ポリマー＋ｂ）液体電解質で作られた前駆体から得られた、請求項５７記載の電気化学系。
【請求項５９】
ａ）含量が１〜９９％であり、好ましくはこの含量は５〜２５％であり；そしてｂ）含量が１〜９９％であり、好ましくはこの含量は７５〜９５％であり、ａ及びｂの含量が次の関係（ａ）＋（ｂ）＝１００％である（％は重量で与えられる）、請求項５８記載の電気化学系。
【請求項６０】
温度開始剤が、ａ）＋ｂ）の全体重量に比例した量、又は好ましくは１００〜５０００ｐｐｍ、好ましくは５００〜１０００ｐｐｍの量で添加される、請求項５９記載の電気化学系。
【請求項６１】
前駆体の成分が、約５％の好ましくはＥＬＥＣＥＬタイプの４分枝ポリエーテル、及び約９５％の成分（１．５ＬｉＴＦＳＩ＋ＥＣ＋ＰＣ＋ＴＥＳＡ＋γＢＬ（１：１：１：２））の電解質である、請求項６０記載の系。
【請求項６２】
リチウム塩の濃度が、ゲルについて１Ｍ（１モル濃度）より高いか又は等しい、請求項６１記載の系。
【請求項６３】
リチウム塩の濃度が、液体電解質中において１Ｍ（１モル濃度）より低いか又は等しい、請求項６１記載の系。
【請求項６４】
電極支持体の一部分又は全体を被覆する薄膜を調製するための水溶液中のバインダーとしての、水溶性ポリマー、好ましくはスチレンブタジエンゴムタイプのポリマー、更により好ましくは日本ゼオンのバインダーバッテリーグレード（ＢＭ−４００Ｂ）として販売されるＳＢＲの使用。
【請求項６５】
ＨＦの形成が無い、請求項６４記載の使用。
【請求項６６】
ＨＦの形成を、イミド塩を用いることにより防止する、請求項６５記載の使用。
【請求項６７】
電極を電池に配置し、電池を閉鎖し密封した後、熱放射を用いることにより、電極を被覆するポリマー溶液を架橋させて薄膜の調製を実施する、請求項６４〜６６のいずれか１項に記載の使用。
【請求項６８】
ポリマー溶液の架橋を好ましくは赤外線により実施する、請求項６７記載の使用。
【請求項６９】
重合温度が４０〜８０℃である、請求項６７又は６８記載の使用。
【請求項７０】
ポリマーの架橋が５分〜２時間継続する、請求項６４〜６９のいずれか１項に記載の使用。
【請求項７１】
重合を８０℃で約１０分間実施する、請求項７０記載の使用。
【請求項７２】
電池が可撓性であり、多層金属プラスチックタイプである、請求項６４〜７１記載の使用。
【請求項７３】
方法の間に除去されるＨＦに対して保護層を必要としないという事実により、重量と製造のコストを低減するための、請求項７２記載の使用。
【請求項７４】
スーパーコンデンサーを製造するため、好ましくはハイブリッドタイプのスーパーコンデンサーを製造するための請求項６４〜７３のいずれか１項に記載の使用。
【請求項７５】
カソード支持体がアルミニウムタイプ、好ましくはＥＸＭＥＴ（登録商標）エクスパンデッド金属タイプである、請求項６４〜７３のいずれか１項に記載の使用。
【請求項７６】
平均電圧が１．６ボルトより低いか又は等しい場合に、アノード支持体は完全な銅タイプ、好ましくはＥＸＭＥＴ（登録商標）又は導電性金属プラスチックであり、平均電圧が１．６ボルトより高い場合に、カソード支持体は完全なアルミニウム、好ましくはＥＸＭＥＴ（登録商標）又は導電性金属プラスチックである、請求項６４〜７３のいずれか１項に記載の使用。
【請求項７７】
ポリマータイプのフィルム、好ましくは水溶性であるＳＢＲタイプにより少なくとも部分的に被覆された、電気化学セパレータを製造するための方法。
【請求項７８】
使用される水性ポリマー溶液が、活性材料も炭素も含有しないか又はその非常に少量を含有する以外は、請求項１〜３２のいずれか１項に記載の電極を製造するための方法にしたがった、電気化学セパレータを製造するための方法。
【請求項７９】
少なくとも３つの構成要素、すなわち、少なくとも１つのアノード、少なくとも１つのカソード及び少なくとも１つのセパレータを含む電気化学系であって、該系の構成要素のうち少なくとも２つ、好ましくは少なくとも３つが、請求項１〜３２のいずれか１項に記載の方法を実施することにより及び／又は請求項７７又は７８に記載の方法を実施することにより製造された前記系。
【請求項８０】
構成要素が有機溶媒を使用することなく製造された、請求項７９記載の電気化学系。
【請求項１】
少なくとも１種の活性材料、少なくとも１種の水溶性バインダー及び少なくとも１種の水溶性増粘剤を含む水溶液を電極支持体上に塗布して乾燥させることにより得られた、少なくとも部分的に薄膜で被覆された電極を製造するための方法。
【請求項２】
活性材料が、
ａ．金属酸化物；
ｂ．セラミック；
ｃ．炭素、天然黒鉛及び合成黒鉛；
ｄ．金属；
ｅ．半導体材料；及び
ｆ．これらのうち少なくとも２種の混合物
からなる群から選択される、請求項１記載の方法。
【請求項３】
ａ．金属酸化物が、ＬｉＭｎ２Ｏ４、ＬｉＣｏＯ２及びＬｉＮｉＯ２からなる群から選択され；
ｂ．炭素が、高表面積炭素、黒鉛、炭素繊維及びコークスからなる群から選択され；
ｃ．金属が、Ａｇ、Ｓｎ及びＣｕからなる群から選択され；そして、
ｄ．半導体材料がＳｉである
、請求項２記載の方法。
【請求項４】
化学的及び／又は電気化学的に活性のある材料が粉末の形態であり、その平均粒子径が１０ナノメートル〜５０マイクロメートルである、請求項１〜３のいずれか１項に記載の方法。
【請求項５】
粉末が、２００ナノメートル〜２５マイクロメートルの粒状分散を有する、請求項４記載の方法。
【請求項６】
バインダー及び／又は増粘剤の少なくとも２０％が、室温にて水１００ｇ中２０ｇの割合で水溶性である、請求項１〜５のいずれか１項に記載の方法。
【請求項７】
バインダー及び／又は増粘剤の少なくとも５０％が溶解性である、請求項６記載の方法。
【請求項８】
バインダー及び／又は増粘剤の少なくとも９０％が溶解性である、請求項７記載の方法。
【請求項９】
水溶性増粘剤が、天然セルロース、修飾セルロース、天然多糖及び修飾多糖からなる群から選択される、請求項８記載の方法。
【請求項１０】
水溶性増粘剤が、２７，０００〜２５０，０００の分子量を有する、請求項９記載の方法。
【請求項１１】
増粘剤が、カルボキシメチルセルロース、ヒドロキシメチルセルロース及びメチルエチルヒドロキシセルロースからなる群から選択される、請求項９又は１０に記載の方法。
【請求項１２】
増粘剤が、セロゲン（登録商標）タイプのカルボキシメチルセルロースからなる群から選択される、請求項１〜１１のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１３】
増粘剤が、日本の第一工業製薬により販売されたＥＰ、７Ａ、ＷＳＣ、ＢＳ−Ｈ及び３Ｈカルボキシメチルセルロースからなる群から選択される、請求項１２記載の方法。
【請求項１４】
バインダーが天然ゴム又は合成ゴムである、請求項１〜１４のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１５】
バインダーが、非フッ素化タイプ又は低フッ素化タイプである、請求項１〜１４のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１６】
ゴムが、ＳＢＲ、ＮＢＲ、ＨＮＢＲ、ＣＨＲ及びＡＣＭからなる群から選択される、請求項１４又は１５に記載の方法。
【請求項１７】
ゴムが、室温にてペーストの形態であることを特徴とするＳＢＲである、請求項１５又は１６に記載の方法。
【請求項１８】
選択されたスチレンブタジエンゴム（ＳＢＲ）が、日本ゼオンにより販売された電池用バインダー（ＢＭ−４００Ｂ）などである、請求項１７記載の方法。
【請求項１９】
増粘剤がＥＰ及び／又は３Ｈである、請求項１３〜１８のいずれか１項に記載の方法。
【請求項２０】
電極がアノードであり、塗布するために使用される水溶液が、重量基準で：
ａ．少なくとも６４％の黒鉛；及び
ｂ．少なくとも３％の水溶性バインダー、
ｃ．０．１〜２％の増粘剤；及び
ｄ．多くとも２７％の水
を含有する、請求項１〜１９のいずれか１項に記載の方法。
【請求項２１】
電極がカソードであり、塗布するために使用される水溶液が、重量基準で：
ａ．少なくとも６４％のＬｉＦｅＰＯ４；及び
ｂ．少なくとも３％の水溶性バインダー、
ｃ．０．１〜２％の増粘剤；及び
ｄ．多くとも２７％の水
を含有する、請求項１〜１９のいずれか１項に記載の方法。
【請求項２２】
塗布用溶液中に存在する水の少なくとも９５％を、塗布後に蒸発させる、請求項１〜２１のいずれか１項に記載の方法。
【請求項２３】
電極の表面に存在する極微量のＨ２Ｏを、水溶液により電極の表面を被覆した後に、好ましくは８０〜１３０℃の温度で、１〜１２時間、ＥＸＴ法、ＤＢＨ法及び／又はＤＢ法、又は赤外線による熱処理により除去する、請求項２２記載の方法。
【請求項２４】
電極が塩処理されていないタイプである、請求項１０記載の方法。
【請求項２５】
周囲の空気中で、ドクターブレード抽出法及び／又は静電的方法を用いて実施する、請求項１〜２４のいずれか１項に記載の方法。
【請求項２６】
電極が負極であり、使用される電気化学的活性材料が、黒鉛の粉末、Ｓｎの合金、Ｓｉの合金、Ｌｉ４Ｔｉ５Ｏ１２タイプ、ＷＯ２タイプ、及びこれらの成分のうち少なくとも２種の混合物からなる群から選択される、請求項１〜２０及び請求項２２〜２５のいずれか１項に記載の方法。
【請求項２７】
黒鉛粉末が、プリズム状の形をした黒鉛粒子で被覆された楕円形の粒子からなる、請求項２６記載の方法。
【請求項２８】
プリズム状黒鉛による楕円形黒鉛の被覆が、機械溶融及び／又はハイブリダイゼーションにより得られる、請求項２０記載の方法。
【請求項２９】
電極が正極であり、電気化学的活性材料が、ＬｉＣｏＯ２の粉末、ＬｉＮｉＯ２、Ｌｉ２Ｍｎ２Ｏ４、ＬｉＮｉ０．５Ｍｎ０．５Ｏ２、黒鉛及び炭素により被覆されたＬｉＦｅＰＯ４及びこれらのうち少なくとも２種の混合物からなる群から選択される、請求項１〜１９、２１及び２２のいずれか１項に記載の方法。
【請求項３０】
電極を、黒鉛及び／又は炭素により被覆されたＬｉＦｅＰＯ４の粒子から調製する、請求項２９記載の方法。
【請求項３１】
被覆中に存在する炭素の比表面積が、ＢＥＴにより測定して≧５０ｍ２／ｇである、請求項３０記載の方法。
【請求項３２】
炭素及び／又は黒鉛によるＬｉＦｅＰＯ４の被覆が、機械溶融又はハイブリダイゼーションにより実施される、請求項３０又は３１に記載の方法。
【請求項３３】
１種の活性材料を含有する薄膜により少なくとも部分的に被覆された支持体からなる電極であって、請求項１〜２５のいずれか１項に記載の方法を実行することにより得られた前記電極。
【請求項３４】
カソードであり、電極支持体が、少なくとも部分的にステンレス、アルミニウム、銅、炭素、金属−プラスチック又はこれらの材料のうち少なくとも２種の混合物からなる、請求項３３記載の電極。
【請求項３５】
アノードであり、電極支持体が、少なくとも部分的に銅、金属−プラスチック、又はこれらのうち少なくとも２種の混合物からなる、請求項３３記載の電極。
【請求項３６】
次の性質：
ａ．５０％より高い水分含量の存在下、２０℃より高い温度で、好ましくは１年より長い貯蔵安定性；
ｂ．電極が黒鉛を基材とする場合、１０〜１００μｍ、更により好ましくは２０〜４５μｍの膜厚、最も有利な様式にしたがえば薄膜は約４５μｍの厚さを有する；
ｃ．電極が鉄及び／又はフォスフェートを基材とする場合、２０〜２００μｍ、更により好ましくは２０〜１１０μｍの膜厚、最も有利な様式は、薄膜が約９０μｍの厚さを有する様式である；
ｄ．同じ活性材料によるが、有機溶媒溶液を用いることにより得られた、対応する電極に匹敵する電気化学的性能；及び
ｅ．ゴムの粒子が電極支持体に直接付着していることを特徴とする電極薄膜
のうち少なくとも１つを有する、請求項３３〜３５のいずれか１項に記載の電極。
【請求項３７】
一以上の電極を被覆している薄膜の多孔度が、厚さ測定の方法にしたがって測定して１０〜９０％である、請求項３６記載の電極。
【請求項３８】
多孔度が３０〜４０％である、請求項３７記載の電極。
【請求項３９】
少なくとも１つのアノード、少なくとも１つのカソード及び少なくとも１つのセパレータを含むその構成要素から電気化学系を調製するための方法であって、少なくとも１つのアノード及び／又は少なくとも１つのカソードが、請求項１〜３２又は請求項３３〜３８のいずれか１項に記載の方法により得られた、前記方法。
【請求項４０】
セパレータが多孔性である電池を調製するための、請求項３９記載の方法。
【請求項４１】
セパレータが、好ましくは、ＰＰ若しくはＰＥタイプ、又は（ＰＰ，ＰＥ）混合タイプである、請求項４０記載の電気化学電池を調製するための方法。
【請求項４２】
セパレータが、好ましくは、押出しにより得られた、請求項３９〜４１のいずれか１項に記載の方法。
【請求項４３】
セパレータがゲルタイプである、請求項３９記載の方法。
【請求項４４】
セパレータが次のタイプ：
ポリエステル；
化学式（ＣＨ２−ＣＦ２）ｎ（式中、ｎは好ましくは１０００〜４０００であり、好ましくは、ｎは１５０に近い）のポリ（ビニリデンフルオライド）、好ましくは、１０，０００〜１，０００，０００の平均分子量を有するものであり、更に好ましくは、１００，０００〜２５０，０００の平均分子量を有するものである；
式［（ＣＨ２−ＣＦ２）ｘ（ＣＦ２−ＣＦ（ＣＦ３））１−ｘ］ｎ（式中、ｎは１０００〜４０００であり、好ましくは、ｎは２０００〜３０００であり、更により好ましくは、ｎは１５０に近く、ｘは好ましくは０．１２〜０．５である）のポリ（ビニリデン フルオロ−コ−ヘキサフルオロプロペン）コポリマー、好ましくは、１０，０００〜１，０００，０００の平均分子量を有するものであり、更に好ましくは、１００，０００〜２５０，０００の平均分子量を有するものである；
化学式（ＣＦ２−ＣＦ２）ｎ（式中、ｎは５〜２０，０００であり、好ましくは、ｎは５０〜１０，０００である）のポリ（テトラフルオロエチレン）、好ましくは、５００〜５，０００，０００の平均分子量を有するものであり、更に好ましくは、５０００〜１，０００，０００、好ましくは、約２００，０００の平均分子量を有するものである；
ポリ（エチレン−コ−プロピレン−コ−５−メチレン−２−ノルボルネン）又はＥＰＤＭとも呼ばれるエチレンプロピレン−ジエンコポリマー、好ましくは、１０，０００〜２５０，０００の平均分子量を有するものであり、好ましくは、２０，０００〜１００，０００の平均分子量を有するものである；及び
式［（ＣＨ２−Ｃ（ＣＨ３）／（ＣＯ２ＣＨ３）］ｎ（式中、ｎは好ましくは１００〜１０，０００であり、更に好ましくは、ｎは５００〜５０００である）ＰＭＭＡとも呼ばれるポリ（メチルメタクリレート）、好ましくは、１０，０００〜１，０００，０００の平均分子量を有するものであり、好ましくは、５０，０００〜５００，０００の平均分子量を有するものである；及び
これらのうち少なくとも２種の混合物
のポリマー材料から得られた、請求項４１記載の方法。
【請求項４５】
セパレータがポリエーテルＰＥＯ−ＰＰＯコポリマータイプである、請求項４４記載の方法。
【請求項４６】
セパレータが３分枝ポリエーテルタイプ又は４分枝ポリマータイプである、請求項４４記載の方法。
【請求項４７】
セパレータが、好ましくは、ディー・ケー・エスジャパンにより製造され、エレクセル（登録商標）ＥＲＭ１の商標で販売された４分枝ポリマータイプである、請求項４６記載の方法。
【請求項４８】
請求項３９〜４７のいずれか１項に記載の少なくとも１つの方法工程を含む方法により得ることができる、電気化学系。
【請求項４９】
請求項１〜３２のいずれか１項に記載の方法を実行することにより得られたか又は請求項３３〜３８のいずれか１項に記載の少なくとも１つの電極、ゲルのセパレータ、固体又は液体の電解質タイプを含む、電気化学系。
【請求項５０】
電解質ゲルを含む、請求項４８又は４９記載の電気化学系。
【請求項５１】
電解質が少なくとも１種の塩及び少なくとも１種の溶媒を含む、すべて液体電池タイプである、請求項５０記載の電気化学系。
【請求項５２】
電解質中の塩モル濃度が１以下であり、溶媒モル濃度が１以上である、請求項５１記載の電気化学系。
【請求項５３】
塩が、好ましくは、ＬｉＰＦ６、ＬｉＢＦ４、ＬｉＢＯＢ、ＬｉＴＦＳＩ、若しくはＬｉＦＳＩタイプのイミドファミリーの塩、又はＬｉＢＯＢ及びＬｉＦＳＩの混合物などのこれらのうち少なくとも２種の混合物である、請求項５１又は５２記載の電気化学系。
【請求項５４】
保持された溶媒が高い沸点を有する、請求項５１〜５３のいずれか１項に記載の電気化学系。
【請求項５５】
溶媒が１００℃より高い沸点を有する、請求項５４記載の電気化学系。
【請求項５６】
溶媒がγＢＬタイプ、ＴＥＳＡタイプ、若しくは修飾ＴＥＳＡタイプ、又はこれらの混合物である、請求項５５記載の電気化学系。
【請求項５７】
ＥＣ及びＰＣ溶媒が、炭素を基材とするアノードの場合に、不動態化膜の形成のために使用され、ＰＣ溶媒が低温用途のために使用される、請求項５１〜５５のいずれか１項に記載の電気化学系。
【請求項５８】
すべてのゲル電池について電解質が、ａ）ポリマー＋ｂ）液体電解質で作られた前駆体から得られた、請求項５７記載の電気化学系。
【請求項５９】
ａ）含量が１〜９９％であり、好ましくはこの含量は５〜２５％であり；そしてｂ）含量が１〜９９％であり、好ましくはこの含量は７５〜９５％であり、ａ及びｂの含量が次の関係（ａ）＋（ｂ）＝１００％である（％は重量で与えられる）、請求項５８記載の電気化学系。
【請求項６０】
温度開始剤が、ａ）＋ｂ）の全体重量に比例した量、又は好ましくは１００〜５０００ｐｐｍ、好ましくは５００〜１０００ｐｐｍの量で添加される、請求項５９記載の電気化学系。
【請求項６１】
前駆体の成分が、約５％の好ましくはＥＬＥＣＥＬタイプの４分枝ポリエーテル、及び約９５％の成分（１．５ＬｉＴＦＳＩ＋ＥＣ＋ＰＣ＋ＴＥＳＡ＋γＢＬ（１：１：１：２））の電解質である、請求項６０記載の系。
【請求項６２】
リチウム塩の濃度が、ゲルについて１Ｍ（１モル濃度）より高いか又は等しい、請求項６１記載の系。
【請求項６３】
リチウム塩の濃度が、液体電解質中において１Ｍ（１モル濃度）より低いか又は等しい、請求項６１記載の系。
【請求項６４】
電極支持体の一部分又は全体を被覆する薄膜を調製するための水溶液中のバインダーとしての、水溶性ポリマー、好ましくはスチレンブタジエンゴムタイプのポリマー、更により好ましくは日本ゼオンのバインダーバッテリーグレード（ＢＭ−４００Ｂ）として販売されるＳＢＲの使用。
【請求項６５】
ＨＦの形成が無い、請求項６４記載の使用。
【請求項６６】
ＨＦの形成を、イミド塩を用いることにより防止する、請求項６５記載の使用。
【請求項６７】
電極を電池に配置し、電池を閉鎖し密封した後、熱放射を用いることにより、電極を被覆するポリマー溶液を架橋させて薄膜の調製を実施する、請求項６４〜６６のいずれか１項に記載の使用。
【請求項６８】
ポリマー溶液の架橋を好ましくは赤外線により実施する、請求項６７記載の使用。
【請求項６９】
重合温度が４０〜８０℃である、請求項６７又は６８記載の使用。
【請求項７０】
ポリマーの架橋が５分〜２時間継続する、請求項６４〜６９のいずれか１項に記載の使用。
【請求項７１】
重合を８０℃で約１０分間実施する、請求項７０記載の使用。
【請求項７２】
電池が可撓性であり、多層金属プラスチックタイプである、請求項６４〜７１記載の使用。
【請求項７３】
方法の間に除去されるＨＦに対して保護層を必要としないという事実により、重量と製造のコストを低減するための、請求項７２記載の使用。
【請求項７４】
スーパーコンデンサーを製造するため、好ましくはハイブリッドタイプのスーパーコンデンサーを製造するための請求項６４〜７３のいずれか１項に記載の使用。
【請求項７５】
カソード支持体がアルミニウムタイプ、好ましくはＥＸＭＥＴ（登録商標）エクスパンデッド金属タイプである、請求項６４〜７３のいずれか１項に記載の使用。
【請求項７６】
平均電圧が１．６ボルトより低いか又は等しい場合に、アノード支持体は完全な銅タイプ、好ましくはＥＸＭＥＴ（登録商標）又は導電性金属プラスチックであり、平均電圧が１．６ボルトより高い場合に、カソード支持体は完全なアルミニウム、好ましくはＥＸＭＥＴ（登録商標）又は導電性金属プラスチックである、請求項６４〜７３のいずれか１項に記載の使用。
【請求項７７】
ポリマータイプのフィルム、好ましくは水溶性であるＳＢＲタイプにより少なくとも部分的に被覆された、電気化学セパレータを製造するための方法。
【請求項７８】
使用される水性ポリマー溶液が、活性材料も炭素も含有しないか又はその非常に少量を含有する以外は、請求項１〜３２のいずれか１項に記載の電極を製造するための方法にしたがった、電気化学セパレータを製造するための方法。
【請求項７９】
少なくとも３つの構成要素、すなわち、少なくとも１つのアノード、少なくとも１つのカソード及び少なくとも１つのセパレータを含む電気化学系であって、該系の構成要素のうち少なくとも２つ、好ましくは少なくとも３つが、請求項１〜３２のいずれか１項に記載の方法を実施することにより及び／又は請求項７７又は７８に記載の方法を実施することにより製造された前記系。
【請求項８０】
構成要素が有機溶媒を使用することなく製造された、請求項７９記載の電気化学系。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２０１３−９３３３３（Ｐ２０１３−９３３３３Ａ）
【公開日】平成２５年５月１６日（２０１３．５．１６）
【国際特許分類】
【外国語出願】
【出願番号】特願２０１３−５１８（Ｐ２０１３−５１８）
【出願日】平成２５年１月７日（２０１３．１．７）
【分割の表示】特願２００４−５５０５８１（Ｐ２００４−５５０５８１）の分割
【原出願日】平成１５年１１月１３日（２００３．１１．１３）
【出願人】（５９７１６４９０９）イドロ−ケベック (30)
【氏名又は名称原語表記】Ｈｙｄｒｏ−Ｑｕｅｂｅｃ
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年５月１６日（２０１３．５．１６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１３−５１８（Ｐ２０１３−５１８）
【出願日】平成２５年１月７日（２０１３．１．７）
【分割の表示】特願２００４−５５０５８１（Ｐ２００４−５５０５８１）の分割
【原出願日】平成１５年１１月１３日（２００３．１１．１３）
【出願人】（５９７１６４９０９）イドロ−ケベック (30)
【氏名又は名称原語表記】Ｈｙｄｒｏ−Ｑｕｅｂｅｃ
【Ｆターム（参考）】
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